Steuerungstechnik

aus Wikipedia, der freien Enzyklopädie
Wechseln zu: Navigation, Suche

Die Steuerungstechnik umfasst den Entwurf und die Realisierung von Steuerungen, das heißt die gerichtete Beeinflussung des Verhaltens technischer Systeme (Geräte, Apparate, Maschinen, Anlagen und biologische Systeme) von außen.

Sie ist wie die Regelungstechnik ein Teilgebiet der Automatisierungstechnik. Im Unterschied zu einer Regelung mit ihrem durch Gegenkopplung der Ausgangsgröße (Istwert der Regelgröße) auf die Eingangsgröße (Sollwert) erzeugtem geschlossenen Regelkreis verläuft bei einer Steuerung der Fluss der Signale (analog oder binär) grundsätzlich in einer offenen Steuerkette.

In einfachen Steuerungen folgt einer Eingangsgröße an einem Aktor eine Ausgangsgröße in einem gesteuerten System. Beispiele für Aktoren sind ein Schalter, ein Ventil oder ein Motor. Die in der Regel binären Eingangsgrößen sind zum Beispiel die Schalter- (Ein/Aus), die Ventilstellung (Offen/Geschlossen) oder der Bewegungszustand des Motors (Drehend/Stehend). Gesteuert werden zum Beispiel eine Beleuchtung, ein Wasserfluss oder die Bewegung eines Fahrzeuges.

Die meisten Steuerungen erfolgen mit Steuerungssystemen, die mehrere Eingänge und mehrere Ausgänge haben, und in der Regel sogenannte Ablaufsteuerungen (mehre Steuergrößen werden nacheinander beeinflusst) sind. Außer dem Startsignal stammen die Eingangssignale nicht vom Bediener, sondern sind mit Sensoren erfasste und rückgemeldete (feedback) Zustände der Steuergrößen. Der jeweilige Folgeschritt wird immer erst dann ausgeführt, wenn der vorhergehende Schritt positiv abgeschlossen ist. Die Rückmeldung setzt das den vorherigen Schritt auslösende Eingangssignal auf Null und dasjenige des Folgeschritts auf Eins. Somit liegen geschlossene Teil-Steuerkreise vor, die nicht mit dem geschlossenen Regelkreis zu verwechsel sind. Dessen Zweck ist eine bei Störungen stattfindende technische "Selbstkorrektur" der Regelgröße. Steuerungen, die zusätzlich gegen Störungen ausgelegt sind, bewirken lediglich bei gefährlichen Werten der Steuergrößen, dass der Prozess abgeschaltet wird.

Kennzeichen der Informationsverarbeitung in binären Steuerungen sind logische Verknüpfungen zwischen den Eingängen und den intern gespeicherten Informationen, insbesondere des vorgegebenen Steuerprogramms. Der praktische Einsatz von Steuerungssystemen erfordert spezifische Verfahren und Methoden für den logischen Steuerungsentwurf sowie entsprechende computergestützte Werkzeuge für Entwurf, Simulation, Planung, Projektierung, Programmierung sowie für den Service mit Fehlerdiagnose, Wartung und Instandsetzung.

Geschichte der Steuerungstechnik[Bearbeiten]

Lochbandsteuerung an einer historischen Jacquard-Webmaschine

Historische Wurzeln[Bearbeiten]

Der griechische Erfinder Heron von Alexandria (ca. 20–62 n. Chr.) beschreibt in seinem Werk „Automata“ eine Türsteuerung, bei der sich durch Entzünden eines Feuers die Tempeltür öffnet (stetige Steuerung), auch automatische Theater, die gesteuert durch sich abwickelnde Seile verschiedene Bewegungen ausführen konnten. Er entwarf auch einen Weihwasserautomaten, der nach Einwurf einer Münze eine kleine Menge geweihtes Wasser ausgab. Diese Ideen sind aber im Laufe der Zeit in Vergessenheit geraten und nicht weiterentwickelt worden.

Zu Beginn des 18. Jahrhunderts wurden Spieldosen durch Stiftwalzen gesteuert. Mitte des 18. Jahrhunderts wurden Webmaschinen von hölzernen Lochkarten gesteuert, die 1805 von Joseph-Marie Jacquard durch ein umlaufendes Lochband wesentlich verbessert wurden.

Bauelemente und Steuergeräte

  • 1835 erfindet Joseph Henry das elektromechanische Relais.
  • 1941 baut Konrad Zuse den ersten Computer mit Relais.
  • 1947 wird der Transistor in den USA erfunden.
  • 1954 wird die erste Numerische Steuerung mit Elektronen-Röhren produziert.
  • 1958 kommt das elektronische Bausteinsystem SIMATIC der Fa. Siemens für binäre Steuerungen auf den Markt, das aus diskreten Bauelementen wie Dioden, Transistoren und Widerständen aufgebaut ist.
  • 1970er: Die Speicherprogrammierbare Steuerung (SPS) verdrängt elektromechanische Relais-Steuerungen sowie pneumatische und elektronische Steuerungen.
  • 1971 wird der Mikroprozessor in den USA erfunden. Er dringt seit 1975 zunehmend auch in die SPS-Technologie ein und erweitert deren Leistungsfähigkeit und Flexibilität anhaltend bis in die Gegenwart.

Steuerungstechnik in den industriellen Revolutionen „Industrie 1.0 bis 4.0“[Bearbeiten]

Die Historie der industriellen Entwicklung ist durch typische Etappen gekennzeichnet. Das Zukunftsprojekt Industrie 4.0 formuliert hierzu vier industrielle Revolutionen, in denen die Steuerungstechnik jeweils eine wachsende Rolle spielt:

  • Erste industrielle Revolution (Industrie 1.0):

Beginn 1784 mit dem Einsatz von mechanischen Webstühlen, die insbesondere durch hölzerne Lochkarten-Steuerungen und später durch Steuerungen mit umlaufenden Bändern zu Webmaschinen weiterentwickelt wurden.

  • Zweite industrielle Revolution (Industrie 2.0):

Beginn 1870 mit dem ersten Einsatz von Fließbändern in den USA (Schlachthöfe von Cincinnatti) unter Nutzung elektrischer Antriebe, die durch entsprechende Schütz- und Relais-Steuerungen geschaltet wurden.

  • Dritte industrielle Revolution (Industrie 3.0):

Beginn 1969 mit den ersten Speicherprogrammierbaren Steuerungen (SPSen) des US-amerikanischen Unternehmens Modicon (Typ Modicon 084, Erfinder: Richard E. Morley), die einen Durchbruch bei der Industrieelektronik und Informationstechnik zur massenweisen Steuerung und Automatisierung der Produktion markieren.

  • Vierte industrielle Revolution (Industrie 4.0):

Beginn 2012 mit Entwicklung und Einsatz sog. Cyber-Physikalischer Systeme (CPS) mit globaler Vernetzung zur global optimierten Steuerung der international organisierten Produktion (Internet der Dinge). Dieser schrittweise Übergang von der Industrie 3.0 zur Industrie 4.0 wird seit 2013 mit der Hannover Messe Industrie (HMI) jährlich anwachsend einer breiten Öffentlichkeit zugänglich gemacht.

Zur Geschichte der Normung für Steuerungen (Definitionen)[Bearbeiten]

Dieser spezielle Teil der Geschichte markiert sehr deutlich die Entwicklung des Gedankengutes auf dem Fachgebiet für Steuerungen. Die Steuerungsnormung hat sich aus der Normung für die Regelungstechnik entwickelt. Im Jahre 1939 gründete Hermann Schmidt den ersten Fachausschuss für Regelungstechnik im VDI, der sich auch mit der Definition von Fachbegriffen befasste. Schmidt war studierter Physiker; denn ein Regelungs- und Steuerungstechnik-Studium gab es zu dieser Zeit noch nicht. Sein Denken war ausschließlich auf stetige und kontinuierliche Regelungs-Systeme und deren Beschreibung mit Differenzialgleichungen orientiert, unstetige (diskrete, binäre) Steuerungs-Systeme dagegen waren ihm fremd. Diese Denkhaltung spiegelte sich auch in den erstmals ausgearbeiteten Papieren seines Fachausschusses wider, und Hermann Schmidt wurde schließlich 1944 auch auf den ersten Lehrstuhl für Regelungstechnik im deutschsprachigen Raum an die TH Berlin-Charlottenburg berufen.

Auf Grundlage der Ausarbeitungen dieses Fachausschusses wurde nach dem Zweiten Weltkrieg eine entsprechende Norm zu Benennungen und Begriffen der Regelungstechnik geschaffen, im Januar 1954 erschien deren erste Ausgabe als DIN 19226. Die nachfolgende zweite Ausgabe von 1968 wurde zunächst nur um die analogen Steuerungen als offene Steuerketten ergänzt. In die dritte, stark erweiterte Ausgabe mit 5 Teilen von 1994 wurde die Definition der Steuerung in einer grundlegend veränderten Form aufgenommen: „Kennzeichen für das Steuern ist der offene Wirkungsweg oder ein geschlossener Wirkungsweg“.

Die Normung hat also über viele Jahre zwischen Regelung als geschlossener Kreis und Steuerung als offene Kette unterschieden. Ein solches einfaches Unterscheidungsmerkmal war sicher auch der Grund, dass alle entsprechenden Lehrbücher zur Regelungs- und Automatisierungstechnik der damaligen Zeit diese Einteilung übernommen haben. Dabei wurde aber übersehen, dass eine Untermenge der Steuerungen (sog. Ablaufsteuerungen) ebenfalls geschlossene Kreise aufweist. Und gerade diese Untermenge war es, die sich mit dem Vormarsch der Speicherprogrammierbaren Steuerungen (SPS, erfunden 1969 in den USA) seit Mitte der 1970er Jahre auf Mikroprozessorbasis rasant entwickelte und heute dominierend ist.

Die inzwischen stark gewachsene Gemeinde der Steuerungstechniker akzeptierte diesen Widerspruch in der DIN 19226 auf Dauer nicht, und sie entwickelte daher parallel die spezielle Steuerungs-Norm DIN 19237 für die Begriffe der Steuerungstechnik. Hierin wurden fünf Steuerungsarten mit offenen und geschlossenen Strukturen unterschieden, darunter auch die wichtigen Ablaufsteuerungen mit geschlossenen Steuerkreisen.

Seit 2002 ist die DIN 19226 nicht mehr gültig, und sie wurde im Jahre 2009 ersetzt durch die DIN IEC 60050-351 als „Internationales Elektrotechnisches Wörterbuch. Teil 351: Leittechnik“. Die zweite Ausgabe dieser Norm erschien 2014.

Die DIN IEC 60050-351 enthält für die Begriffe Regeln und Steuern folgende Definitionen:

Die Regelung, das Regeln ist ein Vorgang in einem System, bei dem fortlaufend eine Größe, die Regelgröße, erfasst, mit einer anderen Größe, der Führungsgröße, verglichen und im Sinne einer Angleichung an die Führungsgröße beeinflusst wird.
Kennzeichen für das Regeln ist der geschlossene Wirkungsablauf, bei dem die Regelgröße im Wirkungsweg des Regelkreises fortlaufend sich selbst beeinflusst.
Die Steuerung, das Steuern ist ein Vorgang in einem System, bei dem eine oder mehrere variable Größen als Eingangsgrößen andere variable Größen als Ausgangsgrößen aufgrund der dem System eigentümlichen Gesetzmäßigkeiten beeinflussen.
Kennzeichen für das Steuern ist der offene Wirkungsweg oder ein geschlossener Wirkungsweg, bei dem die durch die Eingangsgrößen beeinflussten Ausgangsgrößen nicht fortlaufend und nicht wieder über dieselben Eingangsgrößen auf sich selbst wirken.
Eingrößensystem und Mehrgrößensystem im Vergleich

In dieser obigen Definition der Steuerung wird jedoch nur der Vergleich mit dem geschlossenen Wirkungsweg einer Eingrößenregelung mit einer einzigen Regelgröße zugrunde gelegt. Für die allgemeineren Mehrgrößenregelungen mit zwei und mehr Regelgrößen treffen jedoch die strukturellen Unterschiede gegenüber Steuerungen in dieser Form nicht zu.[1]

Durch die Verkopplungen in der Mehrgrößen-Regelstrecke wirken die Ausgangsgrößen keineswegs wieder über dieselben Eingangsgrößen nur auf sich selbst, sondern auch auf alle anderen Ausgangsgrößen und folglich auch auf mehrere Eingangsgrößen (z. B. bei Klimaanlagen die Zweigrößen-Regelung von Temperatur und Feuchte: ein Stelleingriff in die Heizung zur Temperaturerhöhung bewirkt gleichzeitig ein Absinken der relativen Feuchte, ein Stelleingriff zur erhöhten Befeuchtung senkt gleichzeitig die Temperatur). Zwischen Mehrgrößenregelungen und Steuerungen mit geschlossenem Wirkungsweg bestehen folglich keine grundsätzlichen strukturellen Unterschiede, sodass weitere Unterscheidungsmerkmale notwendig sind.

Die Definition des Begriffs Steuerung bezieht sich weiterhin in allgemeiner Form auf verschiedene Steuerungsarten mit offenen und geschlossenen Wirkungswegen. Das in der Definition angegebene Kennzeichen lässt zunächst zwei verschiedene Interpretationen zu. Die analogen bzw. stetigen Steuerungen haben im Gegensatz zu den Regelungen einen offenen Wirkungsweg. Die Unterscheidung in einen offenen und einen geschlossenen Wirkungsweg trifft daher offensichtlich für binäre Steuerungen zu. Wie die Wirkungsabläufe für diese beiden binären Steuerungsarten im Detail aussehen, geht aus der obigen Definition der Steuerung jedoch nicht hervor.

In der Steuerungspraxis unterscheidet man zwischen Verknüpfungssteuerungen und Ablaufsteuerungen. In den genannten Normen findet man auch für diese Steuerungsarten entsprechende Begriffsdefinitionen, die allerdings völlig unabhängig von der allgemeinen Definition der Steuerung eingeführt wurden.

Der Begriff „Verknüpfungssteuerung“ wird in der DIN 19226 (3. Ausgabe von 1994, Teil 5, Abschnitt 3.1.1.3) wie folgt definiert (in der DIN IEC 60050-351 ist dieser wichtige Begriff leider nicht mehr enthalten):

Eine Verknüpfungssteuerung ordnet den Zuständen der Eingangssignale definierte Zustände der Ausgangssignale zu. Auch Steuerungen mit Verknüpfungsgliedern und einzelnen Speicher- und Zeitfunktionen ohne zwangsläufig schrittweisen Ablauf werden ebenso genannt.

Für den Begriff Ablaufsteuerung existiert in der DIN IEC 60050-351 unter 47 bis 59 die folgende Definition:

Eine Ablaufsteuerung ist eine Steuerung mit einem schrittweisen Ablauf, bei dem der Übergang von einem Schritt auf den folgenden entsprechend der vorgegebenen Übergangsbedingung erfolgt.

Obwohl in den zitierten Normen kein Bezug zwischen der Definition des Begriffs Steuerung und den Definitionen der Begriffe Verknüpfungssteuerung und Ablaufsteuerung hergestellt wird, ist offenkundig, dass es sich bei den Verknüpfungssteuerungen um Steuerungen mit einem offenen Wirkungsweg und bei Ablaufsteuerungen um Steuerungen mit einem geschlossenen Wirkungsweg handelt. Die Definitionen der Verknüpfungs- und der Ablaufsteuerung sind deshalb als eine Untersetzung der Definition von (binären) Steuerungen anzusehen.

Aus den Definitionen der Begriffe Verknüpfungs- und Ablaufsteuerung gemäß der zitierten Normen kann man auch nicht erkennen, wie die jeweiligen Steuergrößen dieser Steuerungsarten beschaffen sind und in welcher Weise ihre Beeinflussung erfolgt. Auf der Basis obiger Definition der Ablaufsteuerung lässt sich weiterhin nicht nachvollziehen, wie die „vorgegebenen“ Übergangsbedingungen zustande kommen.

Entstehung von Normen für die Programmierung der Speicherprogrammierbaren Steuerungen[Bearbeiten]

In der Steuerungsnorm DIN 19237 wurden bereits die verschiedenen Arten zur Programmverwirklichung durch verbindungsprogrammierte und speicherprogrammierbare Steuerungen klassifiziert.

Die Norm DIN 19239: "Messen, Steuern, Regeln – Steuerungstechnik – Speicherprogrammierte Steuerungen – Programmierung" wurde von der Deutschen Kommission Elektrotechnik Elektronik Informationstechnik erstellt. Der erste Entwurf wurde 1981 veröffentlicht und 1983 durch eine freigegebene Version ersetzt. DIN 19239 definierte drei Programmiersprachen für Steuerungen:

Die DIN 19239 wurde im Jahre 1994 zurückgezogen und durch eine DIN auf Basis der gleichlautenden Europanorm DIN EN 61131-3 abgelöst. Hierin sind zusätzlich zu den genannten drei noch zwei weitere Programmiersprachen enthalten, also insgesamt fünf:

Die hieraus hervorgegangene internationale Norm IEC 61131-3 (auch IEC 1131 bzw. 61131) ist die einzige weltweit gültige Norm der Programmiersprachen für Speicherprogrammierbare Steuerungen.

Fazit[Bearbeiten]

Als Gründe für die teilweise unrealistischen Ansichten, wie sie die Geschichte zur Normung der Steuerungstechnik zeigt, sind anzusehen, dass in den Anfangsjahren die allgemeine Wirkungsweise von Steuerungen noch nicht voll durchschaut wurde, und gleichzeitig ist bei den Regelungen die notwendige Verallgemeinerung von der Eingrößenregelung zur Mehrgrößenregelung in der Begriffsnormung nicht vollzogen worden. Eine tiefer gehende Darstellung der Zusammenhänge ermöglicht daher nur die aktuelle Fachliteratur, wie diese nachfolgend zugrunde gelegt ist.

Wesen binärer Steuerungen[Bearbeiten]

Eine binäre Steuerung bzw. das binäre Steuern ist gemäß DIN 19226, 3. Ausgabe 1994, Teil 1 bzw. DIN IEC 60050, Teil 351 ein Vorgang in einem System, bestehend aus einer Steuereinrichtung und einer Steuerstrecke, bei dem eine oder mehrere Prozessgrößen in der Steuerstrecke, die als Steuergrößen bezeichnet werden, durch binäre Ausgangsgrößen der Steuereinrichtung (auch Stellsignale genannt) entsprechend einem vorgegebenen Steueralgorithmus (Steuerprogramm) beeinflusst werden.

Signale in binären Steuerungssystemen[Bearbeiten]

Die Eingangs- und Ausgangsgrößen einer Steuereinrichtung sind binäre Signale. Es handelt sich dabei um wertdiskrete Größen, deren Informationsparameter nur zwei Werte annehmen können, die mit 0 und 1 bezeichnet werden.

Signale in Steuerungssystemen

Bei den binären Eingangssignalen muss zwischen Bediensignalen, die über Bedieneinrichtungen wie Schalter oder Taster eingegeben werden, und binären Messsignalen unterscheiden werden, die mittels Sensoren (wie Endlagen-Schalter oder Licht-Schranken) erfasst werden.

Aus den binären Eingangssignalen der Steuereinrichtung werden entsprechend dem Steueralgorithmus durch logische Verknüpfung als Ausgangssignale binäre Stellsignale gebildet, die über Aktoren (auch als Aktuatoren bezeichnet, z. B. Relais-Schalter, Schalt-Schütz, Magnet-Ventil oder Motor) auf das Steuerungsobjekt (technologischer Prozess, Steuerstrecke) einwirken und hierdurch Steuergrößen (Ausgänge des technologischen Prozesses) verändern.

Die Steuergrößen können entweder wertdiskrete Größen (z. B. Signale zum Ein- und Ausschalten einer Beleuchtung mittels einer Wechsel- oder Kreuzschaltung) oder analoge, d. h. wert- und zeitkontinuierliche Größen sein (z. B. Temperatur, Druck, Füllstand, Weg, Winkel, Drehzahl).

Der Signalfluss in Steuerungssystemen kann zwei unterschiedliche Grundstrukturen aufweisen:

  • offene Steuerkette, wobei die Sensoren ihre Informationen (Messsignale) aus der Umgebung entnehmen, nicht aber aus dem technologischen Prozess (Steuerstrecke),
  • geschlossener Steuerkreis, wobei die Sensoren ihre Informationen (Messsignale) aus dem technologischen Prozess entnehmen – im Sinne einer Rückkopplung (feedback) auf die Steuerung.

Steuerungsarten[Bearbeiten]

  • Verknüpfungssteuerung
  • Ablaufsteuerung

Den überwiegenden Anteil aller Steuerungsarten in den praktischen Anwendungen stellen die Ablaufsteuerungen dar. Man unterscheidet hierbei prozessgeführte und zeitgeführte Ablaufsteuerungen.

Neben „Verknüpfungs- und Ablaufsteuerungen“ existieren noch Steuerungen, in denen keine Sensorsignale einbezogen werden und die nur einen Zeitplan (Zeitprogramm) oder Wegplan (Wegprogramm) über ihre Ausgänge und die nachgeschalteten Aktoren abarbeiten:

  • Zeitprogramm-Steuerung: Ablauf der Ereignisse nach einem vorgegebenen Zeitplan, Informationsfluss in der offenen Kette ohne Rückführung, z. B. bei einer einfachen Verkehrsampel
  • Wegprogramm-Steuerung: Ablauf der Ereignisse nach einem vorgegebenen Wegplan, Informationsfluss in der offenen Kette ohne Rückführung, z. B. bei einer Kopier-Fräsmaschine oder Kopier-Drehmaschine.

Diese Zeitplan- und Wegplansteuerungen weisen als Struktur ihres Signalflusses (Informationsflusses) also eine offene Kette auf. Sie nehmen als offene Steuerungen (Programmsteuerungen) einen relativ geringen Anteil aller Steuerungsarten ein.

Neuartige Ansätze zur Beschreibung der Wirkungsabläufe von Verknüpfungs- und Ablaufsteuerungen[Bearbeiten]

In Fachbüchern mit Kapiteln über Steuerungstechnik sind seit etwa 1995 zunehmend Ansätze und entsprechende Vorschläge von mehreren Autoren zu finden, um die Fragen zum Verhältnis zwischen Steuerung und Regelung zeitgemäß und in einem praxisgerechten Sinne zu beantworten: Zander/Töpfer (1996),[2] Lunze (2003),[3] Langmann (2004),[4] Litz (2005),[5] Heimbold (2015).[6] In Büchern von Wellenreuther/Zastrow (1995)[7] und Bergmann (1999)[8] wird die Definition von Verknüpfungssteuerungen gegenüber der DIN 19226 etwas präziser gefasst, indem zwischen Verknüpfungssteuerungen ohne und mit Speicherverhalten unterschieden wird.

In einem weiteren Fachbuch von Zander[9] wird eine neuartige Betrachtungsweise der Wirkungsabläufe von Ablaufsteuerungen vermittelt, die auf der Basis einer umfassenden Struktur- und Verhaltensanalyse von Steuerstrecken entwickelt wurde. Für die in Ablaufsteuerungen ablaufenden Vorgänge wird der Begriff „Ereignisdiskreter Prozess“ als Präzisierung des früher verwendeten Begriffs „Diskontinuierlicher Prozess“ eingeführt. Es wird davon ausgegangen, dass die Steuergrößen bei Ablaufsteuerungen überwiegend analoge Größen sind, z. B. Drücke, Temperaturen, Füllstände, Wege, Winkel, Drehzahlen.

Ein wesentliches Merkmal der neuartigen Betrachtungsweise ist dabei, dass während des Ablaufs eines ereignisdiskreten Prozesses die von der Steuereinrichtung ausgegebenen binären Stellsignale im Sinne von Sprungfunktionen auf die anlogen Steuergrößen wirken und dass deren Funktionswerte sich dadurch im Sinne von Sprungantworten entsprechend des jeweiligen Zeitverhaltens ändern. So weist z. B. die Änderung des Füllstandes beim Füllen eines Behälters ein I-Verhalten auf. Für die Steuergrößen sind entsprechende Schwellwerte festzulegen. Erreicht eine Steuergröße einen für sie vorgesehenen Schwellwert, dann wird das binäre Stellsignal, das die Veränderung der Steuergröße verursacht hat, von der Steuereinrichtung auf den Wert Null gesetzt. Gemäß dem in der Steuereinrichtung implementierten Steueralgorithmus wird dann das nächste Stellsignal ausgegeben und der ereignisdiskrete Prozess somit fortgesetzt.

Das Erreichen eines Schwellwertes einer Steuergröße wird als „Ereignis“ bezeichnet. Daraus erklärt sich der Name „Ereignisdiskreter Prozess“. Ein Ereignis liegt auch vor, wenn eine Bedienhandlung ausgeführt wird oder eine vorgegebene Zeitdauer in einem Zeitglied abgelaufen ist. Beim Auftreten eines Ereignisses wird in einem ereignisdiskreten Prozess definitionsgemäß ein Operationswechsel eingeleitet. Die Ereignisse werden zu diesem Zweck durch so genannte Ereignissignale an die Steuereinrichtung gemeldet. Ereignissignale sind also binäre Messsignale, binäre Bediensignale und binäre Ausgangssignale von Zeitgliedern.

Auf dieser Basis werden Ablaufsteuerungen, d. h. Steuerungen ereignisdiskreter Prozesse, wie folgt definiert (nach Zander):

Eine Ablaufsteuerung ist ein Vorgang, bei dem durch ein in der Steuereinrichtung eintreffendes Ereignissignal gemäß dem implementierten Steueralgorithmus ein binäres Stellsignal gebildet und dadurch eine Sprungfunktion auf eine analoge Steuergröße ausgeübt wird, so dass diese Steuergröße solange eine Sprungantwort ausführt und damit eine Operation abläuft, bis erneut ein auf sie bezogenes Ereignissignal eintrifft, das ein Beenden der laufenden Sprungantwort zur Folge hat und zum Aktivieren weiterer Sprungfunktionen der Steuereinrichtung führt usw.
Kennzeichen von Ablaufsteuerungen sind ein geschlossener Wirkungsablauf durch Rückkopplung (feedback) und überwiegend analoge Steuergrößen.

Beispiele für Ablaufsteuerungen:

  • Waschmaschinensteuerung: Bei einem Waschautomaten werden Wasserzufluss, Waschmittelzugabe, Heizung und Elektromotor für die Bewegung der Trommel von einer Steuerung durch Verarbeitung von Informationen über Wasserstand, Temperatur und Zeit in Verbindung mit einem gewählten Steuerprogramm derart in Gang gesetzt und angehalten, dass saubere und geschleuderte bzw. getrocknete Wäsche entsteht.
  • Aufzugsteuerung
  • Steuerung von Chargenprozessen
  • Steuerung technologischer Anlagen in allen Industriezweigen
  • Steuerungen in Land-, Luft- und Wasser-Fahrzeugen
  • Mediensteuerung: Audio-, Video- und Lichtsteuerung während einer Show.

Im Unterschied zu Ablaufsteuerungen werden in Verknüpfungssteuerungen nicht analoge Steuergrößen, sondern wertdiskrete (z. B. binäre) Steuergrößen als Ausgänge der Steuerstrecke in ihren Werten verändern. Dazu werden in der Steuereinrichtung durch logische Verknüpfung der binären Eingangssignale binäre Stellsignale erzeugt, die das Schalten der Steuergrößen bewirken. Eine Rückmeldung über eine ausgeführte Schalthandlung von den Ausgängen der Steuerstrecke zu den Eingängen der Steuereinrichtung existiert bei Verknüpfungssteuerungen nicht.

Auf dieser Basis werden "Verknüpfungssteuerungen" wie folgt definiert (nach Zander):

Eine Verknüpfungssteuerung ist ein Vorgang, bei dem bei einer Werteänderung von binären Bedien- und/oder Messsignalen durch logische Verknüpfung, gegebenenfalls unter Einbeziehung von inneren Zuständen z, gemäß einem Steuerprogramms eine Werteänderung von binären Stellsignalen eintritt, wodurch eine oder mehrere zwei- bzw. mehrwertige Steuergrößen am Ausgang der Steuerstrecke beeinflusst werden, so dass diese den für sie durch den Steueralgorithmus vorgeschriebenen Wert annehmen.
Kennzeichen der Verknüpfungssteuerung sind ein offener Wirkungsablauf in einer Steuerkette und binäre oder mehrwertige Steuergrößen.

Die Einbeziehung innerer Zustände kann durch Verwendung von Speicherelementen erfolgen, was einer Beschreibung auf der Basis von Automatenmodellen entspricht. Verknüpfungssteuerungen können demzufolge kombinatorische Systeme (ohne Speicher) oder sequentielle Systeme (mit Speichern) sein.

Beispiele für Verknüpfungssteuerungen:

  • Wechsel- oder Kreuzschaltungen für das Ein- und Ausschalten von Leuchten oder Aggregaten durch Schalter an verschiedenen Orten (kombinatorische Verknüpfungssteuerung).
  • Umschalten einer Signalleuchte zwischen Ruhelicht, schnellem Blinklicht, Dauerlicht und langsamen Blinklicht zur Anzeige einer aufgetretenen bzw. beseitigten Störung in Abhängigkeit von einer noch nicht erfolgten bzw. durchgeführten Quittierung (sequentielle Verknüpfungssteuerung).

Überlagerte Strukturen

Für praktische Anwendungen werden bei Regelungen und auch bei Steuerungen gemischte (hybride) Strukturen benötigt.

Regelkreise als geschlossene Strukturen besitzen intern unterlagert sowohl offene Ketten (z. B. Messkette, Stellkette, Störgrößenaufschaltung) als auch geschlossene Kreise (z. B. Weg-Regelkreis einer Stelleinrichtung mit Positioner).

Ablaufsteuerungen als geschlossene Strukturen enthalten in der Praxis häufig eingelagerte offene Ketten in Form von Zeitplan-Steuerungen.

Abgrenzung zwischen binären Steuerungen und Regelungen[Bearbeiten]

Binärsteuerungen und Regelungen unterscheiden sich vor allem in folgender Hinsicht:

  • Ziele (Aufgaben): Steuerungen bewirken bestimmte Abläufe in den Steuerungsobjekten (gesteuerten Prozessen), Regelungen dagegen sorgen für die Prozess-Stabilisierung weitgehend unabhängig von Störgrößen,
  • Informationsverarbeitung: In Steuerungen werden überwiegend logische Verknüpfungen von binären Signalen durchgeführt (UND, ODER, NICHT, Zählen, Speichern, Zeitfunktionen), in Regelungen werden hauptsächlich arithmetische Funktionen ausgeführt (Differenzbildung, Multiplikation, Integration, Differentiation). Deshalb lassen sich für die Beschreibung und Berechnung von Regelungen Differentialgleichungen verwenden, während zur Beschreibung und Berechnung von Steuerungen die Mittel der binären Mathematik verwendet werden müssen. In Betracht kommen hierfür insbesondere die Schaltalgebra, die angewandte Automatentheorie und die Theorie der Petri-Netze.
  • Anzahl der Eingänge und Ausgänge: Industrielle Steuerungen verfügen über eine Vielzahl von Eingängen und Ausgängen (typisch 10 bis 100 und darüber). In der Regelungstechnik dominieren dagegen Eingrößen-Regelungen, d. h. Regeleinrichtungen mit einer einzigen Regelgröße als Eingang und einer einzigen Stellgröße als Ausgang. Steuerungseinrichtungen sind daher nur mit Mehrgrößen-Reglern zu vergleichen, die prinzipiell mehrere Eingänge (Regelgrößen) und mehrere Ausgänge (Stellgrößen) aufweisen, wenngleich auch nicht so viele wie bei Steuerungen.

Control und PLC[Bearbeiten]

In der englischsprachigen Fachliteratur wird undifferenziert sowohl für Regelung als auch für Steuerung das Wort „control” verwendet. Dieser Begriff wird oft einfach mit „Steuerung“ übersetzt. Eigentlich ist jedoch die Kenntnis des Kontextes für die richtige Übersetzung als „Steuerung“ oder „Regelung“ erforderlich.

Weiterhin findet die deutsche Bezeichnung „Speicherprogrammierbare Steuerung (SPS)“ ihre englische Entsprechung als „Programmable Logic Controller (PLC)“. Hier ist die englische Bezeichnung sehr viel präziser als die deutsche, weil sie die logische Verknüpfung in der Steuerung als wesentliches Merkmal herausstellt.

Fazit[Bearbeiten]

Zwischen Regelungen und Steuerungen bestehen also grundlegende Gemeinsamkeiten. So besitzen sowohl Regelungen als auch Ablaufsteuerungen eine Rückführung (Rückkopplung, feedback) von den Prozessgrößen zu den Eingängen der Regeleinrichtung bzw. zu den Eingängen der Steuereinrichtung.

Mit diesem zeitgemäßen Standpunkt zur Abgrenzung von Steuerung und Regelung hinsichtlich ihrer Zielstellungen, ihrer spezifischen Informationsverarbeitungen sowie der Anzahl ihrer Ein- und Ausgänge hat die aktuelle Fachliteratur einen jahrzehntelang vertretenen unzutreffenden Standpunkt, dass Regelungen geschlossene Kreise und Steuerungen offene Ketten seien, und der sich auch in den entsprechenden DIN-Normen sowie in vielen Fachbüchern widergespiegelt hat, schließlich wissenschaftlich überwunden. Dieser grundlegende Erkenntniszuwachs wurde möglich durch die enormen Fortschritte der SPS-Technologien als Basis geschlossener Ablaufsteuerungen sowie durch die Fortschritte bei den Theorien, Methoden und rechnergestützten Werkzeugen für Steuerungen ereignisdiskreter Prozesse.

Realisierungsarten von Steuereinrichtungen[Bearbeiten]

Verbindungsprogrammierte Steuereinrichtung (VPS)[Bearbeiten]

Die Verbindungsprogrammierte Steuereinrichtung (VPS) wird auch kurz verbindungsprogrammierte Steuerung genannt.

Anmerkung: Beim Begriff Steuerung handelt es sich eigentlich um einen Vorgang und nicht um ein Gerät. Das Steuer-Gerät dagegen ist die Steuereinrichtung, die jedoch verkürzt auch als Steuerung bezeichnet wird, sodass es zu Verwechselungen kommen kann.

Gerätetechnische Ausführungen von Verbindungsprogrammierten Steuereinrichtungen sind beispielsweise:

  • mechanische Steuerung: z. B. Stiftwalzen einer Drehorgel, Kurvenscheibe,
  • elektrische Steuerung: z. B. Kontakte und Relais,
  • pneumatische oder hydraulische Steuerung,
  • elektronische Steuerung: z. B. Logikgatter, Programmierbare logische Schaltung.

Speicherprogrammierbare Steuereinrichtung (SPS)[Bearbeiten]

Kompakt-SPS für Kleinsteuerungen (Fa. Siemens: System LOGO!)

Die Speicherprogrammierbare Steuereinrichtung (SPS) wird auch kurz Speicherprogrammierbare Steuerung genannt. Der Plural Speicherprogrammierbare Steuereinrichtungen wird mit SPSen abgekürzt.

Die SPS ist im Prinzip ein Mikrocontroller mit entsprechenden Speichern für Steuerungsprogramm und Steuerungsparameter sowie zugehörigen Eingängen für Sensorsignale und Ausgängen für Aktorsignale, ergänzt durch Mensch-Maschine-Schnittstellen zur Bedienung sowie Schnittstellen zur industriellen Kommunikation für Programmierung und Vernetzung.

Modulare SPS der mittleren und hohen Leistungsklasse (Fa. Siemens: System Simatic S7-1500)

Die SPS ist heute die am meisten verwendete Steuerungsart. Sie ist im Prinzip auch als Regler verwendbar, da die Arithmetik-Logik-Einheit (ALU) des internen Mikroprozessors bei der Informationsverarbeitung sowohl die logischen Steuerungsaufgaben als auch die arithmetischen Regelungsaufgaben lösen kann.

Die SPS bildet daher zugleich auch die Basis für eine zeitgemäße Leittechnik für die Automation in der Volkswirtschaft. Somit haben sich die SPSen wegen ihres universellen Charakters zu einem Massenprodukt entwickelt, das weltweit in Millionenstückzahlen hergestellt wird. Sie ermöglichen daher eine Massenanwendung der Automation, verbunden mit deren Breitenanwendung in allen Bereichen der Volkswirtschaft und in vielen Bereichen von Konsumgütern.

Die SPS-Technologie hat wesentlich dazu beigetragen, die Abgrenzung zwischen Steuerung und Regelung einerseits begrifflich zu klären, andererseits gerätetechnisch zu überwinden. Dieser Entwicklungsprozess hat schließlich auch zu Auswirkungen auf die Philosophie und die Methodik der Entwurfsprozesse für Steuerungen und Regelungen geführt. Im Ergebnis ist eine weitgehende methodische Vereinheitlichung erreicht worden, ohne dabei deren innere Spezifik aufzuheben und ohne die PC-gestützten Entwurfswerkzeuge gleichzuschalten.

Entwurf von Steuerungen[Bearbeiten]

Entwurfsprozess[Bearbeiten]

Beim Entwurf von Steuerungen geht es darum, für eine informell vorgegebene Steuerungsaufgabe eine formale Darstellung der geforderten Prozessabläufe zu erarbeiten, die es ermöglicht, eine entsprechende Steuereinrichtung zu erstellen, sodass durch die von ihr ausgegebenen Stellsignale und empfangenen Messsignale der gewünschte ereignisdiskrete Prozess in der Steuerstrecke abläuft.

Bei verbindungsprogrammierten Steuereinrichtung erfolgt die formale Darstellung in Form von technischen Zeichnungen oder Schaltplänen, durch die vorgeschrieben wird, wie die Bauelemente zur Verknüpfung der binären Signale zusammenzuschalten sind. Bei speicherprogrammierbaren Steuereinrichtungen geht es um die Erstellung von Programmen, über die alle logischen Verknüpfungen softwaremäßig realisiert werden.

Der Steuerungsentwurf kann entweder intuitiv bzw. empirisch oder systematisch durchgeführt werden. Beim systematischen Entwurf spricht man auch von der Erstellung eines Steueralgorithmus. Dabei kommen die Beschreibungsmittel und Methoden der Schaltalgebra, der Automatentheorie oder der Petri-Netz-Theorie zum Einsatz.

Beschreibungsmittel für Steueralgorithmen[Bearbeiten]

Die Beschreibungsmittel der Schaltalgebra, Automatentheorie und Petri-Netz-Theorie können dazu verwendet werden, beim Entwurf von Steuerungen die Steueralgorithmen zunächst manuell grob zu notieren.

Wahrheitstabelle[Bearbeiten]

E1 E2 UND
A1
ODER
A2
EXCL-ODER
A3
0 0 0 0 0
0 1 0 1 1
1 0 0 1 1
1 1 1 1 0

Durch eine Wahrheitstabelle kann die Zuordnung von binären Ausgangssignalen A zu binären Eingangssignalen X dargestellt werden. Die Werte der binären Signale werden durch die Ziffern 0 und 1 angegeben.

Die nebenstehende Wahrheitstabelle enthält 2 Eingangssignale E1 und E2, und dafür ergeben sich 4 mögliche Eingangskombinationen. Im rechten Teil der Tabelle sind als Ausgänge A1 bis A3 die Funktionswerte der drei wichtigsten Verknüpfungen dargestellt: UND, ODER, Exclusiv-ODER (Antivalenz).

Solche Tabellen mit mehreren Ausgängen sind eine verkürzte Darstellung von Einzeltabellen mit nur einem einzigen Ausgang. Eine Tabelle mit 4 Eingängen enthält 16 verschiedene Verknüpfungen (siehe Boolesche Funktion).

Beim Steuerungsentwurf kann von solchen Wahrheitstabellen ausgegangen werden. Nach einer möglichen Vereinfachung mit den Regeln der Schaltalgebra oder mit dem Karnaugh-Veitch-Diagramm kann das Ergebnis dann direkt zur Realisierung der Steuerungseinrichtung dienen.

Anhand des folgenden Beispiels soll der Steuerungsentwurf näher betrachtet werden:

Aufgabenstellung

Ein Patient kann durch Drücken einer Ruftaste über eine Leuchtanzeige die Krankenschwester rufen. Anders als bei einer Türglocke muss der Tastendruck zu einer dauerhaften Meldung führen, um auch dann noch bemerkt zu werden, wenn die Ruftaste nicht mehr gedrückt ist (Speicherfunktion). Die Leuchtanzeige wird von der Krankenschwester mit einer Rückstelltaste quittiert (zurückgesetzt, gelöscht).

Lösungsweg

Ruftaste
E1
Rückstelltaste
E2
Meldung
E3
Meldung
A1
1 1 1 1 1
2 1 1 0 1
3 1 0 1 1
4 1 0 0 1
5 0 1 1 0
6 0 1 0 0
7 0 0 1 1
8 0 0 0 0

Die Problemstellung des Beispiels verlangt also Speicherverhalten, sodass in der Wahrheitstabelle neben den Sensoren (E1 und E2) auch der Aktorzustand, d. h. das Ausgangssignal A1, selbst als Eingang hinzugefügt werden muss (E3). Dadurch erhält die Tabelle 8 Zeilen.

Aus den Zeilen 1 bis 4 ist zu erkennen, dass bei gedrückter Ruftaste (E1 = 1) immer die Anzeige leuchtet (A1 = 1), die beiden Eingänge E2 und E3 also keine Rolle spielen ((Anm.: Bei dieser Darstellung muss die Ruftaste immer gedrückt sein, wenn der Wert 1 angegeben ist, d. h. Art der Speicherung nicht erkennbar)). Die Zeilen 5 und 6 zeigen, dass die Rückstellung (A1 = 0) von Eingang E3 unabhängig ist. In den Zeilen 7 und 8 steckt das Speicherverhalten der Steuerung: Die Leuchtanzeige behält ihren (alten) Zustand bei (A1 = E3), wenn beide Taster den Zustand 0 haben. Hier liegt also eine interne Rückführung des Meldungsausgangs A1 auf den Eingang E3 vor.

Die Leuchtanzeige besitzt also ein Speicherverhalten. Es handelt sich hierbei um eine sequentielle Verknüpfungssteuerung (s. Definition). Im folgenden Logik-Plan und im Relais-Schaltplan ist der Speicher als Selbsthaltekreis ausgebildet.

  • Schaltausdruck (Ausdruck der Booleschen Algebra bzw. der Schaltalgebra): A1 = E1 \lor ( \overline{E2} \land E3)
    \lor steht für ODER, \land steht für UND, — steht für NICHT

Logik-Plan[Bearbeiten]

Logik-Plan (Funktionsplan FUP)

Der Logik-Plan ist eine Schaltung aus elektronischen Schaltgliedern.

Für die Grundverknüpfungen gibt es genormte Symbole, die ausführlich im Artikel Logikgatter beschrieben sind. (≥1 steht für ODER, & für UND, O ein Kreis am Eingang bzw. am Ausgang der Elemente für NICHT).

Relais-Schaltplan[Bearbeiten]

Relais-Schaltplan

Die UND-Verknüpfung wird als Reihenschaltung und die ODER-Verknüpfung als Parallelschaltung von Kontakten dargestellt. Für die Nicht-Verknüpfung wird ein Öffner verwendet.

Für Ablauf-Steuerungen von ereignisdiskreten Prozessen eignen sich insbesondere die folgenden Beschreibungsmittel:

Automatengraphen[Bearbeiten]

Steuerungstechnisch interpretierte Petri-Netze (Steuernetze)[Bearbeiten]

Fachsprachen für SPS[Bearbeiten]

Zur Programmierung von Speicherprogrammierbaren Steuereinrichtungen wurden aus den obigen Beschreibungsmitteln 5 spezifische Fachsprachen abgeleitet, denen Compiler beigeordnet sind, mit denen der Quelltext in die SPS-Maschinensprache übersetzt wird. Diese 5 Fachsprachen für SPSen wurden seit den 1990er Jahren schrittweise international genormt, wozu insbesondere die Europa-Norm EN 61131 und hierauf aufbauend die Norm der International Electrotechnical Commission IEC 61131-3 wesentlich beigetragen haben.

Mit diesen Normungen wurden wesentliche Schritte zur Vereinheitlichung getan, um der SPS-Technologie zu ihrem weltweiten Durchbruch zu verhelfen, der die SPS zum meistverwendeten Automatisierungsmittel gemacht hat. SPSen werden heute in Millionen-Stückzahlen hergestellt und sowohl für Ablauf-Steuerungen als auch für Regelungen und Messwertverarbeitungen eingesetzt. SPSen bilden damit das universelle Kernstück der zeitgemäßen Automatisierungsmittel und bewirken deren Massen- und Breiteneinsatz.

Anweisungsliste AWL[Bearbeiten]


LDN   E2
A     A1
O     E1
=     A1
 
LD    E2
R     A1

LD    E1
S     A1
Anweisungsliste Variante 1 Variante 2

LD steht für Lade, N steht für NICHT, A steht für UND, O steht für ODER, S steht für Setzen (speichernd), R steht für Rücksetzen.

Kontaktplan KOP[Bearbeiten]

Kontaktplan KOP

Der Kontaktplan wurde abgeleitet vom oben dargestellten Relais-Schaltplan.

Funktionsplan FUP[Bearbeiten]

Der Funktionsplan wurde abgeleitet vom oben dargestellten Logik-Plan.

Ablaufsprache SFC (Sequential Function Chart)[Bearbeiten]

Die Ablaufsprache wurde abgeleitet vom steuerungstechnisch interpretierten Petri-Netz.

Strukturierter Text ST[Bearbeiten]

Neben den speicherprogrammierbaren Steuerungen (SPS) kommen auch Industrie-PC (IPC) zum Einsatz, die mit höheren Programmiersprachen programmiert werden. Diese Möglichkeit besteht auch bei modernen SPSen, sodass sich auch hier höhere Programmiersprachen als Fachsprachen der Steuerungstechnik immer mehr verbreiten. IPCs können mit relativ geringem Aufwand auch umfangreiche Zusatzfunktionen wie Visualisierungen, Protokollierungen und Statistiken bereitstellen.

Ausgeführte Programme benötigen Zeit. Nur Hard- und Software, die auch im ungünstigsten Fall synchron zum Prozess arbeiten kann, ist als Steuergerät geeignet und wird als echtzeitfähig bezeichnet. Im engeren Sinn bedeutet Echtzeit jedoch, dass Hard- und Software eines Rechners für diesen Zweck besonders ausgelegt sind. Rechner, die steuern, dürfen niemals überlastet sein, weil sie sonst mit dem Prozessablauf nicht Schritt halten können und somit ihre Echtzeitfähigkeit verlieren würden.

Prozessmodellbasierter Steuerungsentwurf[Bearbeiten]

Während beim Entwurf von Regelungen mathematische Modelle der Regelstrecke einbezogen werden, verwendet man beim Entwurf von binären Steuerungen in der Praxis bisher lediglich gedankliche Modelle der Steuerstrecke. In den 1990er Jahren wurden erste Ansätze zum modellbasierten Entwurf von Steuerungen entwickelt, bei denen von einer Zerlegung der Steuerstrecken in Elementarsteuerstrecken ausgegangen wurde. Aus den sich daraus ergebenden Teilmodellen muss dann ein Gesamtmodell der Steuerstrecke gebildet werden. Dieses Vorgehen ist jedoch sehr aufwendig und wurde somit nicht praxiswirksam.

In den Jahren 2005 und 2007 wurde in der Fachzeitschrift „Automatisierungstechnik“ von Zander eine neuartige Methode zum Entwurf von Ablaufsteuerungen für ereignisdiskrete Prozesse publiziert, die es erlaubt, die in der Steuerungsaufgabe aus technologischer Sicht vorgegebenen Prozessabläufe direkt in ein Prozessmodell der gesamten Steuerstrecke umzusetzen. Daraus lässt sich dann durch einfache Transformationen der zugehörige Steueralgorithmus generieren.[10][11]

In einer Buchpublikation wurde diese Methode zum prozessmodellbasierten Entwurf durch Methoden zur Prozessanalyse und Modellbildung von ereignisdiskreten Prozessen komplettiert.[12] Die Grundlage dazu bildet eine allgemein angelegte Struktur- und Verhaltensanalyse von Steuerstrecken auf der Basis der neuartigen Betrachtungsweise von Ablaufsteuerungen (s. oben), aus der sich ein tieferes Verständnis der Wirkungsabläufe ergibt.

Die Modellierung der ereignisdiskreten Prozesse erfolgt dabei durch prozessinterpretierte Petri-Netze. Die daraus generierten Steueralgorithmen werden in Form von steuerungstechnisch interpretierten Petri-Netzen dargestellt, die zur Realisierung direkt in eine Ablaufsprache für SPS umgewandelt werden können. Die Vorgehensweise wird an Praxisbeispielen demonstriert, u. a. durch den Entwurf einer „intelligenten“ Aufzugssteuerung für 10 Etagen.

Das Vorgehen beim prozessmodellbasierten Steuerungsentwurf kommt vor allem den Anwendern (Verfahrenstechniker, Fertigungstechniker u. a.) sehr entgegen, die es gewohnt sind, in Prozessabläufen zu denken. Sie müssen dadurch nicht die in der Steuerungsaufgabe gegebenen Prozessabläufe unmittelbar in Steueralgorithmen umwandeln, was insbesondere Neueinsteigern gewisse Schwierigkeiten bereitet. Darüber hinaus kann das zunächst für die Generierung des Steueralgorithmus gebildete Prozessmodell zugleich auch für die Simulation einer entworfenen Steuerung oder zusätzlich für eine Betriebsdiagnose genutzt werden.

Gleichzeitig bedeutet diese innovative Entwurfsstrategie für Steuerungen erstmals eine methodische Vereinheitlichung des grundsätzlichen Vorgehens beim Entwurf in der Steuerungstechnik mit dem in der Regelungstechnik, ohne dabei die Spezifik der speziellen Entwurfsverfahren und Entwurfswerkzeuge beider Gebiete in Frage zu stellen.

Siehe auch[Bearbeiten]

 Portal: Mess-, Steuerungs- und Regelungstechnik – Übersicht zu Wikipedia-Inhalten zum Thema Mess-, Steuerungs- und Regelungstechnik
 Portal: Elektrotechnik – Übersicht zu Wikipedia-Inhalten zum Thema Elektrotechnik

Literatur[Bearbeiten]

  • Wiener, N.: Kybernetik. Regelung und Nachrichtenübertragung im Lebewesen und in der Maschine. ECON-Verlag, Düsseldorf; Wien; New York; Moskau 1968, ISBN 3-430-19652-3.
  • Lerner, A.: Grundzüge der Kybernetik. Verlag Technik, Berlin, 2. Auflage 1971.
  • Gottschalk, H.: Verbindungsprogrammierte und speicherprogrammierbare Steuereinrichtungen. Verlag Technik, Berlin 1984.
  • Neumann, P. u. a.: SPS-Standard: IEC 1131 : Programmierung in verteilten Automatisierungssystemen. Oldenbourg-Industrieverlag, München; Wien 1995, 2. Auflage 1998, 3. Auflage 2000, ISBN 978-3-8356-7005-1.
  • Kriesel, W.; Rohr, H.; Koch, A.: Geschichte und Zukunft der Mess- und Automatisierungstechnik. VDI-Verlag, Düsseldorf 1995, ISBN 3-18-150047-X.
  • Lunze, J.: Automatisierungstechnik. R. Oldenbourg Verlag, München; Wien 2003, 2. Auflage 2008, 3. Auflage 2012, ISBN 978-3-486-71266-7.
  • Müller, J., Pfeiffer, B.-M., Wieser, R.: Regeln mit SIMATIC. Praxisbuch für Regelungen mit SIMATIC S7 und SIMATIC PCS 7. Publicis Publication, Erlangen, 4. Auflage 2011, ISBN 978-3-89578-340-1.
  • Litz, L.: Grundlagen der Automatisierungstechnik. R. Oldenbourg Verlag, München; Wien 2005, 2. Auflage 2013, ISBN 978-3-486-70888-2.
  • Seitz, M.: Speicherprogrammierbare Steuerungen. System- und Programmentwurf für die Fabrik- und Prozessautomatisierung, vertikale Integration. Fachbuchverlag im Carl Hanser Verlag, Leipzig; München 2012.
  • Wellenreuther, G.; Zastrow, D.: Automatisieren mit SPS – Theorie und Praxis. Programmieren mit STEP 7 und CoDeSys, Entwurfsverfahren, Bausteinbibliotheken; Beispiele für Steuerungen, Regelungen, Antriebe und Sicherheit; Kommunikation über AS-i-Bus, PROFIBUS, PROFINET, Ethernet-TCP/IP, OPC, WLAN. Springer Vieweg, Wiesbaden, 6. Auflage 2015, ISBN 978-3-8348-2597-1.
  • Zander, H.-J.: Steuerung ereignisdiskreter Prozesse. Neuartige Methoden zur Prozessbeschreibung und zum Entwurf von Steuerungsalgorithmen. Springer Vieweg Verlag, Wiesbaden 2015, ISBN 978-3-658-01381-3, eBook-ISBN 978-3-658-01382-0.

Weblinks[Bearbeiten]

 Commons: Regelungs- und Steuerungstechnik (Control engineering) – Sammlung von Bildern, Videos und Audiodateien

Einzelnachweise[Bearbeiten]

  1. Lunze, J.: Regelungstechnik. Teil 2: Mehrgrößensysteme, Digitale Regelung. Springer Vieweg, Berlin, 8. Auflage 2014, ISBN 978-3-642-53943-5.
  2. Zander, H.-J.: Steuerungs-und Regelungseinrichtungen. In: Töpfer, H. (Hrsg.): Automatisierungstechnik aus Herstellersicht. Fa. Bürkert Steuer- und Regeltechnik, Ingelfingen 1996, ISBN 3-00-000 666-4.
  3. Lunze, J.: Automatisierungstechnik. R. Oldenbourg Verlag, München; Wien 2003, 2. Auflage 2008, 3. Auflage 2012, ISBN 978-3-486-71266-7, S. 442.
  4. Langmann, R. (Hrsg.): Taschenbuch der Automatisierung. Fachbuchverlag im Carl Hanser Verlag, Leipzig; München 2004, S. 172 bis 176, 2. Auflage 2010.
  5. Litz, L.: Grundlagen der Automatisierungstechnik. R. Oldenbourg Verlag, München; Wien 2005, 2. Auflage 2013, ISBN 978-3-486-70888-2, S.179.
  6. Heimbold, T.: Einführung in die Automatisierungstechnik. Automatisierungssysteme, Komponenten, Projektierung und Planung. Fachbuchverlag im Carl Hanser Verlag, Leipzig; München 2015, ISBN 978-3-446-42675-7, E-Book-ISBN 978-3-446-43135-5, S. 27 bis 30.
  7. Wellenreuther, G.; Zastrow, D.: Steuerungstechnik mit SPS. Vieweg Verlag, Wiesbaden 1995.
  8. Bergmann, J.: Lehr- und Übungsbuch Automatisierungs- und Prozessleittechnik. Eine Einführung für Ingenieure und Betriebswirtschaftler. Fachbuchverlag im Carl Hanser Verlag, Leipzig; München 1999.
  9. Zander, H.-J.: Steuerung ereignisdiskreter Prozesse. Neuartige Methoden zur Prozessbeschreibung und zum Entwurf von Steuerungsalgorithmen. Springer Vieweg Verlag, Wiesbaden 2015, ISBN 978-3-658-01381-3, eBook-ISBN 978-3-658-01382-0, S. 38 bis 43 und S. 185 bis 192.
  10. Zander, H.-J.: Entwurf von Ablaufsteuerungen für ereignisdiskrete Prozesse auf der Basis geeigneter Steuerstreckenmodelle. In: Automatisierungstechnik, München. Jg. 53, H. 3, 2005, S. 140 bis 149.
  11. Zander, H.-J.: Eine Methode zum prozessmodellbasierten Entwurf von Steueralgorithmen für parallele ereignisdiskrete Prozesse. Automatisierungstechnik, München. Jg. 55, 2007, H. 11, S. 580 bis 593.
  12. Zander, H.-J.: Steuerung ereignisdiskreter Prozesse. Neuartige Methoden zur Prozessbeschreibung und zum Entwurf von Steuerungsalgorithmen. Springer Vieweg Verlag, Wiesbaden 2015, ISBN 978-3-658-01381-3, eBook-ISBN 978-3-658-01382-0, S. 177 bis 278.