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Temperaturregler

Einführung zum Thema Temperaturregelung mit PID-Reglern

Ein Temperaturregler ist ein Ger?t, das zur Temperaturregelung verwendet wird. H?ufig handelt es sich dabei um einen PID-Regler. Der Temperaturregler erh?lt ein Eingangssignal von einem Temperaturfühler und liefert ein Ausgangssignal, das für die Regelung eines Prozesses verwendet wird, beispielsweise eines Heizger?ts oder Lüfters.

Die Regelung von Prozesstemperaturen erfolgt in der Praxis hinreichend genau mit Reglern, die das Ausgangssignal von Temperaturfühlern (wie Widerstandsfühlern oder Thermoelementen) als Eingangssignal akzeptieren. Abh?ngig von Temperaturmesswert (Istwert) einerseits und gewünschter Temperatur (Sollwert) andererseits wird ein Ausgangssignal an ein Regelelement gegeben.
PID-Regler

Weitere Informationen über PID-Regler

Beschreibung der Funktion der unterschiedlichen Regler-Typen

Es gibt drei Grundtypen von Reglern: Zweipunktregler, Proportionalregler und PID-Regler. Unter Verwendung dieser unterschiedlichen Reglertypen kann für jedes Regelsystem eine Regelung aufgebaut werden.

On-Off-Regelung

Ein On-Off-Regler ist die einfachste Form eines Temperaturregelger?tes. Das Ausgangssignal des Ger?tes ist entweder Ein oder Aus, ohne weiteren Status dazwischen. Ein ON-Off-Regler schaltet das Ausgangssignal nur dann um, wenn die zu regelnde Temperatur den Sollwert durchl?uft. Bei einer Heizungsregelung ist das Ausgangssignal Ein, wenn die Temperatur unterhalb des Sollwertes, und Aus, wenn oberhalb des Sollwertes liegt. Das Umschalten des Ausgangssignals geschieht, indem die Temperatur den Sollwert durchl?uft. Die zu regelnde Temperatur schwingt entsprechend um den Sollwert. Zur Vermeidung eines sich rasch verst?rkenden Schwingens und dadurch hervorgerufener Sch?den an Kontakten oder Ventilen wird eine Schaltdifferenz zwischen den Schaltpunkten je nach Durchlaufrichtung eingefügt. Dieser Abstand zwischen Sollwert für Ein und Sollwert für Aus wird auch mit Hysterese bezeichnet. Die Schaltdifferenz macht es unvermeidlich, dass die Temperatur den Sollwert um ein gewisses Ma? überschreitet, bevor das Ausgangssignal umgeschaltet wird. Dies wird jedoch in Kauf genommen, weil die Hysterese ein Flattern (einen zu schnellen Wechsel) zwischen Ein und Aus verhindert. Typische Einsatzfelder für die On-Off-Regelung sind Anwendungsf?lle ohne hohe Genauigkeitserfordernis oder extrem tr?ge Systeme (z. B. extrem langsame Temperatur?nderungen aufgrund gro?er Masse). Ebenso wird die On-Off-Regelung eingesetzt bei Systemen, die ein st?ndiges Ein- und Ausschalten nicht vertragen sowie für Warnmelder. Eine spezielle Form einer On-Off-Regelung kommt als Warnmelder in einem Grenzwertregler zur Anwendung. Dieser Regler verwendet ein Halterelais, das geschaltet bleibt, bis es manuell zurückgesetzt wird. Nach Ausl?sung des Grenzwertreglers durch die Grenztemperatur wird der Prozess heruntergefahren.

Proportionalregelung

Proportionalregler sind in der Lage, das bei den On-Off-Reglern auftretende Schwingen der Regelgr??e zu vermeiden. Ein Proportionalregler vermindert die Heizungsleistung, wenn die Temperatur sich dem Schaltpunkt n?hert. Damit wird das überschwingen des Sollwertes vermieden, die Solltemperatur wird erreicht und vergleichsweise stabil gehalten. Das Dosieren der Heizleistung kann durch intervallweises Einschalten des Ausgangssignals erfolgen. Das Verh?ltnis zwischen Ein- und Aus-Intervall wird proportional ver?ndert. Dieses Dosieren geschieht in einem Proportionalbereich mit festgelegter Bandbreite um die Solltemperatur. Au?erhalb der Bandbreite funktioniert der Proportionalregler wie ein On-Off-Regler, das Ausgangssignal ist au?erhalb der Bandbreite entweder vollst?ndig ein- oder ausgeschaltet. Innerhalb des Proportionalbereichs wird das Ausgangssignal intervallweise eingeschaltet, das L?ngenverh?ltnis zwischen Ein- und Aus-Intervall variiert je nach Abstand vom Sollwert. Die Mitte der Bandbreite entspricht dem Sollwert, hier ist das Verh?ltnis 1:1; das hei?t, Ein-Intervall und Aus-Intervall sind gleich lang. Innerhalb der Bandbreite ver?ndert sich das Verh?ltnis proportional zum Abstand vom Sollwert. Bei Temperaturen unterhalb des Sollwertes ist das Ein-Intervall l?nger; bei oberhalb liegenden Temperaturen ist das Aus-Intervall l?nger.

PID-Regelung

Der dritte Reglertyp verbindet den Proportionalregler mit den weiteren Typen Integrierer und Differenzierer zum PID-Regler. Dieser Regler kombiniert die Proportionalregelung mit zwei zus?tzlichen Regelanteilen, mit denen unerwünschte ?nderungen im Regelverhalten automatisch kompensiert werden. Diese Regelanteile sind Nachstellzeit (I-Anteil) und Vorhaltezeit (D-Anteil), sie werden als Zeiten angegeben; in der amerikanischen Literatur werden diese Parameter auch als RESET und RATE bezeichnet. Sie geben dann den Kehrwert von I- und D-Anteil an. Für jedes konkrete Regelsystem müssen die Proportional-, Integral- und Differenzial-Anteile individuell angepasst werden, optimale Ergebnisse werden oftmals durch ein schrittweises Vorgehen gem?? ?Trial and Error“ erreicht.

Beispiel Temperaturregelung mit PID-Regler CNPt

KHR, KHLV, KH Fühlerausführungen, die direkt ab Lager verfügbar sind SSRL240, SSRL660
Flexible, industrielle
Heizfolien mit Leistungdichten von 2,5, 5 oder 10 W/in2
Pt100- und Thermoelement-
Fühler für industrielle Anwendungen
Halbleiterrelais
mit hoher Zuverlässigkeit
AC- und DC-Ansteuerung
Platinum Serie CNPt Temperatur/Prozess-PID-Regler
Programmierung über mitgelieferte Standardsoftware DASYLab Datenerfassungs- und
Verarbeitungssoftware für Omega PC-Messsysteme
Mit dem CNPT gelieferte Standardsoftware DASYLab DASYLab


DIN-Normausschnitte für Einbauinstrumente Die PID-Regelung bietet im Vergleich mit den vorgenannten Regelverfahren On-Off-Regler und Proportionalregler die h?chste Genauigkeit und das stabilste Verhalten. Sie ist die beste Wahl für Systeme mit geringer Masse, die schnell auf ihnen zugeführte Energie reagiert. Die PID-Regelung ist zu empfehlen für Regelsysteme mit h?ufigen Belastungswechseln und der Erfordernis einer automatischen Kompensation, z. B. bei st?ndigen Ver?nderungen des Sollwertes, der verfügbaren Energie oder der vorhandenen Masse. OMEGA Engineering biete eine Reihe von Reglern an, die sich automatisch auf ein Prozessverhalten einstellen k?nnen. Diese werden als Regler mit Selbstoptimierung bezeichnet.

DIN-Gr??en

Da Temperaturregler in der Regel in einer Schalttafel montiert werden, muss diese mit entsprechenden Ausschnitten für die Aufnahme der Regler versehen werden. Um die Austauschbarkeit von Temperaturreglern zu gew?hrleisten, weisen die meisten Temperaturregler DIN-Abmessungen auf. Die gebr?uchlichsten DIN-Gr??en sind im Folgenden dargestellt.

W?hlen Sie den PID-Regler für Ihre Anwendung

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Zweipunktregler On-Off-Regler
Ein On-Off-Regler ist die einfachste Art eines Reglers, für derartige Regler gibt es nur die beiden Zust?nde EIN und AUS. Sie sind für Anwendungen ausgelegt, in denen die gleiche Funktionalit?t wie bei einfachen PID-Regler, jedoch zu geringeren Kosten realisiert werden sollen.
PID-Regler mit Selbstoptimierung PID-Regler mit Selbstoptimierung
PID-Regler sind für sehr genaue Regelungen geeignet, setzen aber ein aufw?ndiges Parametrieren des PID-Algorithmus voraus. Selbstoptimierende Regler bieten die Funktion einer automatischen Parametrierung.
Regler für mehrere Regelkreise Regler für mehrere Regelkreise
Jeder Regelkreis besitzt normalerweise 1 Eingangssignal und mindestens 1 Ausgangssignal. OMEGA bietet zahlreiche Regler für mehrere Regelkreise an. OMEGA CN1507 kann bis zu 7 Regelkreise verarbeiten.
Sicherheits-Grenzwertregler Sicherheits-Grenzwertregler
Ein Sicherheits-Grenzwertregler ist ein On-Off-Regler mit einem selbsthaltenden (bleibend geschalteten) Ausgangssignal. Wird das Ausgangssignal gesetzt, dann macht es ein manuelles Rückstellen erforderlich. Sicherheits-Grenzwertregler werden normalerweise als redundante überwachungseinrichtungen verwendet, die einen Prozess bei Erreichen eines Grenzwertes abschalten, bevor unerwünschte Bereiche jenseits des Grenzwertes erreicht werden.
Temperaturschalter Temperaturschalter
Ein einstellbarer Temperaturschalter ist für Anwendungsf?lle geeignet, die eine kostengünstige Temperaturregelung erfordern. Temperaturschalter sind unkompliziert im Aufbau und einfach in der Anwendung im Vergleich mit den aufw?ndigeren, elektronischen Regler.

H?ufig gestellte Fragen

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So w?hlen Sie den richtigen PID-Regler aus

Der Regler ist Teil des gesamten Regelsystems, alle Glieder dieses Gesamtsystems sollten bei der Auswahl des geeigneten Reglers Berücksichtigung finden. Dazu geh?ren folgende Punkte:

  1. Die Art des Temperaturfühlers (Widerstandsfühler oder Thermoelement) als Lieferant des Eingangsignals sowie der Messtemperaturbereich
  2. Die Art des Ausgangssignals (Elektromechanisches Relais, Logik, Analogausgang)
  3. Der ben?tigte Regelalgorithmus (On-Off, Proportional, PID)
  4. Anzahl und Art der Regelgr??en (W?rme, K?lte, Alarm, Grenzwert)
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