Einsicht in komplexe Steuerungssysteme (Teil 2)

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Komplexe Steuerungssysteme umfassen: Kaskadensteuerungssysteme, homogene Steuerungssysteme, Verhältnissteuerungssysteme, Stufensteuerungssysteme, automatische Selektivsteuerungssysteme, Vorwärtssteuerungssysteme sowie Drei-Impuls-Steuerungssysteme usw. In den vorherigen Artikeln haben wir jeweils die serielle Steuerung, die gleichmäßige Steuerung, die Verhältnissteuerung, die Stufensteuerung sowie die automatische Selektivsteuerung vorgestellt. Dieser Artikel stellt Steuerungssysteme mit Vorwärtsregelung und Drei-Impuls-Steuerungsysteme vor. 6) Voraussteuerungssysteme: Der Unterschied zwischen Voraussteuerungssystemen und Rückkopplungssystemen besteht darin, dass ein Rückkopplungssystem bei auftretenden Störungen entsprechend der Abweichung zwischen den gemessenen Werten und den vorgegebenen Werten justiert ； Ein Feedforward-Steuerungssystem hingegen wird entsprechend der Größe der Störungen reguliert. Ein Regelungssystem muss so gestaltet sein, dass der Regler die Regelparameter erst dann anpasst, wenn es zu Abweichungen des zu messenden Parameters kommt, um den Einfluss von Störungen auf diesen Parameter auszugleichen. Aber in einigen Prozessabläufen kommt es oft zu Verzögerungen: Wenn eine Störung bereits aufgetreten ist, benötigen die zu regulierenden Parameter Zeit, um sich zu ändern. In dieser Zeit führt der Regler keine Anpassungen durch – er hinkt somit der Störung hinterher. Wenn wir ein Feedforward-Steuerungssystem verwenden, erkennt der Sender bereits die Größe der Störung, noch bevor sich der zu steuernde Parameter verändert hat. Anschließend führt der Regler Anpassungen durch. Diese rechtzeitigen und gezielten Anpassungen sorgen dafür, dass der zu messende Parameter nicht aufgrund der Störungen abweicht. In der Praxis zur Steuerung von Prozessobjekten wird selten ein reiner Vorwärtsregelungssystem verwendet, um die zu steuernden Parameter anzupassen. In der Regel werden je nach konkretem Steuerobjekt Methoden wie Rückkopplungsregelung in Kombination mit Vorwärtsregelung oder Verhältnisregelung in Kombination mit Vorwärtsregelung angewandt. Das folgende Drei-Impuls-Steuerungssystem ist ein Beispiel für eine Kombination aus Vorwärtsregelung und serieller Regelung. 7) Dreipuls-Steuerungssystem: Die typischste Anwendung des Dreipuls-Steuerungssystems ist das Wasserversorgungssystem von Kesseln. Der Flüssigkeitsstand im Dampfkessel ändert sich je nach Faktoren wie der Dampfnachfrage. Wenn die Dampnbelastung plötzlich stark ansteigt, sinkt der Dampfdruck im Dampfkessel sofort. Dadurch wird das Kochen des Wassers verstärkt, und die Anzahl der Blasen nimmt rapide zu. Die Blasen entstehen nicht nur an der Oberfläche des Wassers, sondern auch darunter. Da das Volumen der Blasen um ein Vielfaches größer ist als das des Wassers, führt dies dazu, dass der Flüssigkeitsspiegel im Dampfkessel ansteigt. Da dieser erhöhte Flüssigkeitsspiegel nicht den tatsächlichen Mengen an Flüssigkeit im Dampfkessel widerspiegelt, wird er als „falscher Flüssigkeitsspiegel“ bezeichnet. Falls kein Drei-Impuls-Steuerungssystem eingeführt wird, sendet der Pegelregler falsche Signale, wodurch die Zufuhrklappe geschlossen wird. Dadurch sinkt der tatsächliche Wasserstand weiter ab. Das Wasser im Dampfkessel kocht noch stärker, und die Menge an Dampblasen nimmt weiter stark zu. Dadurch besteht die Gefahr eines Explosions des Kessels. Das Drei-Impuls-Steuerungssystem ist eine Lösung zur Steuerung des Wasserspiegels im Dampfkessel. Dabei werden die Parameter der Zufuhrmenge an Wasser sowie die Parameter der Dampfausstoßmenge berücksichtigt. Der Wasserspiegel im Dampfkessel ist die zu steuernde Größe. Über einen Rechner wird dieser Wert als Eingabewert für den Sekundärregler der Zufuhrmenge an Wasser verwendet. Auf diese Weise wird letztendlich ein Gleichgewicht zwischen dem Wasserspiegel, der Zufuhrmenge an Wasser und der Dampfausstoßmenge erreicht. Der Dampffluss dient als Voraussteuerungssignal für den Regelkreis zur Steuerung des Wassereinzugsflusses – es handelt sich dabei im Grunde um einen Regelkreis mit Voraussteuerung und Kaskadenregelung. Was oben beschrieben wurde, ist nur ein Beispiel für ein Drei-Impuls-Steuerungssystem. In der Praxis gibt es je nach den Anforderungen des jeweiligen Prozesses verschiedene Varianten der Drei-Impuls-Steuerung. Es existieren auch Steuerungsverfahren mit einem oder zwei Impulsen. Es muss daher eine geeignete Steuerungsstrategie entsprechend den Bedürfnissen ausgewählt werden.