3 Stetige Regler - JUMO

6 Bessere Regelgüte durch spezielle Reglerschaltungen
Im Beispiel ist der Führungsregler dafür verantwortlich, dass im Ofeninneren der geforderte Sollwert
ausgeregelt wird. An diesem Regler wird der Sollwert für die Ofentemperatur vorgegeben und
der erforderliche Stellgrad ermittelt: Das Ausgangssignal des Führungsreglers (im Beispiel
4 ... 20mA/0 ... 100%) wird dem Folgeregler aufgeschaltet (meist an Eingang 2).
Die Stellgradnormierung erfolgt im Folgeregler: 4 ... 20mA oder 0 ... 100% Stellgrad entsprechen
0 ... 200°C Sollwert für den Folgeregler. Gibt der Führungsregler z. B. einen Stellgrad von 100%
vor, bedeutet dies einen Sollwert von 200°C für den Folgeregler (dieser regelt entsprechend 200°C
am Heizstab aus). Der Führungsregler gibt mit seinem Stellgrad (0 ... 100%) letztlich eine Heizstabtemperatur
von 0 ... 200°C vor. Der Heizstab wird in unserer Applikation niemals 200°C überschreiten.
Im gezeigten Beispiel hat die Kaskadenregelung den Vorteil, dass die Temperatur des Heizstabes
unter Kontrolle ist (keine Temperaturen >200°C). Ähnliche Applikationen existieren, bei denen verhindert
werden soll, dass sich Energiespeicher beim Regelvorgang zu sehr laden und den Istwert
über den Sollwert schwingen lassen.
Weiterhin lässt sich feststellen, dass durch die Einführung der Kaskadenregelung allgemein die Regelung
einfacher beherrschbar ist, da die Verzugszeit der Regelstrecke auf mindestens 2 Regler
verteilt ist.
Optimierung
Bei der Optimierung der Kaskadenregelung ist zu beachten, dass erst der innere und danach der
äußere Regelkreis zu optimieren ist. In unserem Beispiel bedeutet dies: Wir schalten den Führungsregler
in den Handbetrieb und geben einen mittleren Stellgrad vor (z. B. 60%).
Für den Folgeregler (dieser befindet sich im Automatikbetrieb) bedeuten 60% Stellgrad 120°C
Sollwert für den Heizstab. Am Folgeregler könnten wir nun die in Kapitel 7.1.1 „Schwingungsmethode“
beschriebene Selbstoptimierung durchführen. Nach der Selbstoptimierung ist der Folgeregler
optimiert. Nun kann der Führungsregler wieder in den Automatikbetrieb geschaltet und für diesen
ebenfalls eine Selbstoptimierung durchgeführt werden (der Folgeregler bleibt ebenfalls im Automatikbetrieb).
Struktur der Regler
Beim Folgeregler ist ein schnelles Verhalten notwendig. Aus diesem Grund wird meist P- oder PD-
Struktur gewählt. Ob in unserem Beispiel bei einem geforderten Stellgrad von 50% tatsächlich
100°C oder zum Beispiel 95°C ausgeregelt werden, ist zweitrangig. Für das exakte Ausregeln ist
der Führungsregler verantwortlich.
Wird für den Folgeregler die Selbstoptimierung verwendet, ist zu beachten, dass diese meist die
PID-Struktur aktiviert. Nach der Selbstoptimierung sollte manuell auf P- oder PD-Struktur geschaltet
werden.
Für den Führungsregler wird in den meisten Fällen PID-Struktur genutzt.
Beim Folgeregler ist zu beachten, dass dieser einen zweiten analogen Eingang besitzen muss (dieser
würde in unserem Beispiel auf 4 ... 20mA/0 ... 200°C skaliert). Der Eingang muss als externe
Sollwertvorgabe konfigurierbar sein.
94 6 Bessere Regelgüte durch spezielle Reglerschaltungen JUMO, FAS 525, Ausgabe 02.06