Regelungstechnik im Full Service

Simulation, Reglerentwurf, Inbetriebnahme

Regelungstechnik nicht nur im Maschinenbau - auch beim America's Cup
Die Teilnehmer des America‘s Cup Segelwettbewerbs und unsere Kunden haben viel gemeinsam - in ihren Zielvorstellungen und verwendeten Technologien. Sie möchten dem Wettbewerb voraus sein und Gewinner werden. Oder wenigstens nicht den Anschluss verlieren. Und dazu ziehen sie alle Register der Hochtechnologie.
Dazu gehören frühe Computersimulationen neuer Ideen, konkrete Machbarkeitsstudien und die Umsetzung der automatisierten Steuerung und Regelung hydraulischer Ruder und Segel. Und das unter Berücksichtigung kaum vorhersehbarer, hochdynamischer Umwelteinflüsse.
In einem kleinen Detail unterscheiden sich die Rahmenbedingungen deutlich: Unsere Kunden müssen ihre Innovationen mit realistischen Budgets und ohne Sponsoren umsetzen. Ein Anspruch, dem wir bei COSATEQ mit über 26 Jahren Erfahrung gerne gerecht werden. Wir verfügen über das tiefe und gleichzeitig breite Know-how in allen relevanten Bereichen der Theorie und Praxis der Mess- und Regelungstechnik.
Das COSATEQ Team hat sich darauf spezialisiert, standardisierten wie auch hochkomplexen Aufgabenstellungen mit einfachen und robusten Lösungen zu begegnen.
Fordern Sie uns mit Ihrer Aufgabe!

COSATEQ löst Regelungstechnik-Aufgaben in komplexen technischen Systemen

Regelungssysteme von COSATEQ bewähren sich branchenübergreifend in verschiedensten Disziplinen. Dazu zählen Lösungen in den Bereichen:
  • Hydraulik
  • Pneumatik
  • Thermodynamik
  • Elektrische Antriebe
  • Mechanisch schwingende Systeme
  • Systeme mit nicht konzentrierten Parametern (Konvektion und Diffusion)

PROZESSAUTOMATISIERUNG: Highendlösungen durch effiziente Mess- und Regelungstechnik

In einer digitalisierten Welt wird die Wettbewerbsfähigkeit von Unternehmen bestimmt von der Fähigkeit, innovative Prozessautomatisierung in der Produktion zu integrieren. In der digitalen Transformation spielt die Regelungstechnik eine zentrale Rolle. Gerade die Tendenz zu mehr individualisierter Massenproduktion fordert nach kürzerer Time-to-market, mehr Flexibilität, höherer Effizienz.
Mit COSATEQ steht Ihnen ein Partner zur Seite, der Engineering, Simulation und Automatisierung auf Highend-Niveau konzipiert und integriert.

REGELUNGSTECHNIK BEISPIELE für optimierte Maschineneffizienz

25%+
Kostenersparnis in der Produktion

Hochpräzise Positionsregelung einer hydraulischen Metallpulverpresse

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INDUSTRIE 4.0: Wie beeinflusst Regelungstechnik eine höhere Effizienz in Maschinenbau und Technik?

Das Schlagwort „Industrie 4.0“ packt heute eine Entwicklung in einen Begriff, die bereits vor vielen Jahren mit den steigenden Anforderungen an die Automation begonnen hat. Eine ausgefeilte Regelungstechnik war bislang schon entscheidend für eine Steigerung von Produktivität und Effektivität maschineller Vorgänge und Fertigung. Die auch 2019 weiter zunehmende Vernetzung, steigende Rechenleistung bei fallenden Hardware-Kosten, weitere Miniaturisierung von Rechnern und Sensoren führen auch zu höheren Erwartungen an die Automatisierung.

Aber erst die Regelungstechnik, optimal auf Maschine und Einflussfaktoren abgestimmt, ermöglicht die beste Informationsverarbeitung durch präzise und schnelle Regelung von Zielen wie Position, Geschwindigkeit, Kraft, Druck oder Temperatur. Viele Innovationen in Hardware und Software werden erst wirksam, wenn auch eine intelligente Regelungstechnik daraus das Optimum erzielt.

MODELLBASIERTE ENTWICKLUNG: Warum führt sie schneller zum Erfolg?

Das Team von COSATEQ folgt bei der Projektentwicklung einer selbstentwickelten und bewährten Herangehensweise, die auf einer strukturierten und systematischen Planung unter Heranziehung mathematischer Modelle fußt.
COSATEQ SYSCON Entwicklung
Eine modellbasierte Entwicklung spielt ihre Vorteile insbesondere bei Projekten aus, bei denen Product Life Cycle und/oder Time-to-market eine wichtige Rolle spielen.

ECHTZEITSYSTEME: Warum sind echtzeitfähige RT-Lösungen deutlich effizienter?

Wenn ein System in der Lage ist, in „Echtzeit“ auf ein Ereignis zu reagieren, bedeutet dies, dass es innerhalb eines vorgegebenen Zeitraums reagiert. Achtung: Der Begriff sagt per se nichts über die Geschwindigkeit oder Leistung eines Systems aus, auch wenn er umgangssprachlich häufig so verwendet wird.

Mess- und Regelungstechnik-Lösungen auf Basis von Echtzeitsystemen sind besonders effizient. Warum? Man stelle sich ein Schiff vor, das mithilfe eines Autopiloten (ein typischer Anwendungsfall eines Regelungs-Systems) seinen Kurs halten soll. Damit das zuverlässig funktioniert, muss der Kurs stabil gehalten werden, auch beim Auftreten von Störgrößen, die von außen auf den Prozess des Fahrens wirken. Sollten beispielsweise Querströmungen auftreten, die das Schiff vom Kurs abzubringen drohen, so ist ein Autopilot von Vorteil, der innerhalb eines bestimmten Zeitrahmens reagiert – in Echtzeit also. Die Regelgröße – der Kurs – muss in einer klar definierten Zeitspanne wieder an die Führungsgröße – den richtigen Kurs – angepasst werden. Gerade für Roboter und Automation generell stellt dies einen großen Vorteil dar.

COSATEQ verfügt über umfangreiche Erfahrungen im Umgang mit Effekten und Störgrößen realer Systeme und der Umsetzung der Regelungs-Theorie in der Praxis, insbesondere der Umsetzung auf Echtzeit-Hardware.
Unterschieden werden:
  • die harte Echtzeit, bei der garantiert ist, dass der vorgegebene Zeitrahmen niemals überschritten wird
  • die weiche Echtzeit, bei der der zeitliche Rahmen zumindest statistisch gesehen eingehalten wird
  • die feste Echtzeit, bei der, im Gegensatz zur harten Echtzeit, auch zeitliche Variationen nach unten nicht zulässig sind

MODELLBASIERTE PRÄDIKTIVE REGELUNG von Systemen: nicht nur für Industrie-Anwendungen

Modellprädiktive Regler (MPC, model predictive control) bilden den bisherigen Verlauf eines komplexen Prozesses anhand von dessen Vergangenheitswerten ab, um daraus das zukünftige Verhalten bestimmter Werte abzuleiten. MPC, als Variante der Mess- und Regelungstechnik, nutzt Verfahren der Online-Optimierung und ist damit besonders für beschränkte, multivariable Systeme und für Regelprobleme geeignet.

Diese Art der Regelung zeichnet sich aufgrund der hohen Flexibilität durch eine Vielzahl praktischer Anwendungsmöglichkeiten aus. Um die bestmögliche Performance zu erreichen, wendet COSATEQ neueste Methoden und Techniken an. Während das gewünschte Verhalten von linearen Systemen häufig in ausreichender Weise durch simple Regelungskonzepte zu erreichen ist, erfordern komplexere dynamische Systeme häufig modellbasierte Regler.

ADAPTIVE REGLER: lange Maschinen-Laufzeiten sichern bei minimalem Wartungsbedarf

Die äußeren Bedingungen, die auf ein System oder einen Prozess einwirken, können sich abrupt ändern. Die Besonderheit von adaptiven Reglern liegt darin, dass sie sich automatisch an veränderte Umweltbedingungen anpassen. Das heißt, zeitliche Änderungen der Bedingungen werden durch selbständiges Nachjustieren kompensiert. Die adaptiven Regler von COSATEQ gewährleisten auf diese Art lange Maschinen-Laufzeiten bei geringem Wartungsbedarf.

REGELUNGSTECHNIK Know-how

Reglertypen für volle Kontrolle in jeder Situation

Lineare Regler
Geringer technischer Aufwand und Kostenersparnis bei der Hardware: Lineare Regler von COSATEQ erfordern lediglich eine minimale Rechenleistung und eignen sich ideal für weniger komplexe Aufgaben. Insbesondere bei der Herstellung von Massenprodukten zahlt sich der Einsatz linearer Regler aus.

Nichtlineare Regler
Nichtlineare Regler von COSATEQ regeln das dynamische Verhalten technischer Geräte. Sie erfüllen komplexere Aufgaben als lineare Regler und erhöhen die Leistungsfähigkeit und Stabilität des zu steuernden Systems deutlich – so wird zuverlässig eine hohe Regelgüte erreicht.

Strukturvariable Regler
Strukturvariable Regler vereinen die Vorteile linearer und nichtlinearer Regler. So erreichen sie trotz einfacher Hardware mit geringer Rechenleistung eine hohe Regelungsqualität - auch bei unstetigem Systemverhalten. Möglich macht das die aktive Modifikation der Regler-Elemente während des Betriebs. Durch Strukturumschaltung können sie zudem bei verschiedenen Arbeitspunkten eingesetzt werden.

Adaptive Regler
Die adaptiven Regler von COSATEQ gewährleisten lange autonome Laufzeiten bei sehr geringem Wartungsbedarf. Sie kompensieren zeitliche Änderungen der Bedingungen - etwa durch Abnutzung und Alterung oder sich ändernde Umweltbedingungen wie die Temperatur - mit automatischem Nachjustieren.

Optimalitätsbasierte Regler
Produkte aus der COSATEQ-Reglerbibliothek steigern die Effizienz von Anlagen und Maschinen deutlich. Sie zeichnen sich durch eine sehr hohe stationäre Genauigkeit sowie die präzise Verfolgung hochdynamischer Referenzkurven aus. Das COSATEQ-Know-How, der Einsatz eines abstrakten Frameworks und der hohe Automatisierungsgrad in der Entwicklung bedeuten für Sie eine erhebliche Kostenersparnis. Nehmen Sie Kontakt zu uns auf und erfahren Sie, wie wir die Vorteile der unterschiedlichen Regler auch für Ihre Anforderung optimal kombinieren.

Was ist der Unterschied zwischen Steuerung und Regelung?

Der Unterschied von Steuerung und Regelung liegt im Umfang ihrer jeweiligen Aufgabenbereiche. Bei der Steuerung wird ein Prozess beeinflusst, ohne dabei Rückmeldung über das Ergebnis zu erhalten. Dies geschieht anhand von sogenannten Aktuatoren, also den Bestandteilen eines Systems, die physische Veränderungen vornehmen können. Die Aktuatoren erhalten einen Befehl, zum Beispiel von einem Programm. Sie führen diesen aus, ohne dass jedoch festgestellt werden kann, ob hierdurch der gewünschte Zustand tatsächlich erreicht wurde. Bei der Steuerung des Wasservolumens, das durch ein Rohr fließt, beispielsweise, ist das Ventil der Aktuator, der anhand vorgegebener Signale entweder mehr oder weniger Wasser durchlässt. Die Steuerung kann somit als Gegenpol zur Sensorik betrachtet werden.

Bei der Regelung arbeiten Steuerung und Sensorik zusammen. Das bedeutet, Änderungen an einem Prozess werden nicht mehr „blind“ durchgeführt, sondern können auch gemessen werden. Im dynamischen Prozess der Mess- und Regelungstechnik wird ständig versucht, eine Regelgröße auf einen bestimmten Wert zu bringen und diesen, unabhängig von äußeren Einflüssen, zu halten. Steuerung und Sensorik stehen dabei in ständiger Wechselwirkung und die Regelungsinstanz, welche die Differenz aus Soll- und Istwert berechnet, vermittelt zwischen ihnen. Die Stabilisierung instabiler Systeme ist nur durch den Einsatz von Mess- und Regelungstechnik möglich – es muss sowohl gemessen, als auch korrigiert werden können.

Was versteht man unter einem geschlossenen Regelkreis?

In einem geschlossenen Regelkreis erhält das System ständig Rückmeldung über den Zustand gewisser Größen und kann diese dadurch an einen Sollwert angleichen. Dabei beeinflusst die Regelungsinstanz auf Basis einer sogenannten Stellgröße den Prozess und erhält von der Sensorikinstanz anschließend ein Update über den veränderten Ist-Zustand – der mit dem vorgegebenen Soll-Zustand verglichen wird. Gegebenenfalls wird dann eine neue Stellgröße berechnet, die den Prozess noch näher an den Zielgröße heranführt. Auch von außen auf den Prozess wirkende Störfaktoren können so abgefangen werden. Der geschlossene Regelkreis zeichnet sich also dadurch aus, dass sich die Regelgröße ständig selbst beeinflusst.

Welche Messtechnik benötigt ein geschlossener Regelkreis in der technischen Kybernetik?

Die technische Kybernetik (ein anderer Begriff für die Steuerungs- und Regelungstechnik) wird in zahlreichen Bereichen der Industrie eingesetzt – entsprechend vielfältig müssen auch die Möglichkeiten der Messung sein, denn ohne genaue Messwerte geht in der Regelungstechnik nichts. Dabei gibt es verschiedene Messmethoden für verschiedene Messgrößen. Worauf es ankommt ist, dass eine etwaige Differenz aus Soll- und Istwert bestimmt werden kann. Nur so kann eine Führungsgröße formuliert werden, anhand derer die Regelgröße beeinflusst wird.

Welche Mess- und Regelungstechnik ist für die Automatisierungstechnik besonders geeignet?

In der Automatisierungstechnik spielt Regelung eine besonders große Rolle. Dabei werden je nach Situation unterschiedliche Mess- und Regelungstechniken gefordert. Soll in einem System beispielsweise die Temperatur geregelt werden, so wird hierfür ein Thermostat und ein Temperaturregler benötigt. Geht es um die Messung der Geschwindigkeit von Fahrzeugen, werden ein Tachometer und Kontrolle über die Kraftstoffzufuhr benötigt usw.
Regelungssysteme von COSATEQ bewähren sich branchenübergreifend in verschiedensten Disziplinen. Dazu zählen Lösungen in den Bereichen:
  • Hydraulik
  • Pneumatik
  • Thermodynamik
  • Elektrische Antriebe
  • Mechanisch schwingende Systeme
  • Systeme mit nicht konzentrierten Parametern (Konvektion und Diffusion)

Was bedeutet die DIN 19226 für die angewandte Regelungstechnik?

Die DIN 19226 war früher die gültige Norm für Definitionsfragen im Bereich der Steuerungs- und Regelungstechnik. Seit 2002 gilt sie jedoch nicht mehr.

Grundbegriffe, unter anderem aus dem Bereich der Regelung, werden nun in der Norm „IEC 60050-351 Internationales Elektrotechnisches Wörterbuch – Teil 351: Leittechnik“ festgelegt. In Deutschland ersetzt sie die Normen DIN IEC 60050-351 und DIN V 19222:2001-09.

„Regelung“ wird demnach folgendermaßen definiert:
Die Regelung bzw. das Regeln ist ein Vorgang, 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.
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