Ausbildung

In Anlagen der versorgungstechnischen Berufe wird möglichst Vieles überwacht, gesteuert und geregelt. Steuern und Regeln sind zwei Begriffe, die etwas Unterschiedliches bedeuten.

Bei der Steuerung wird das Ergebnis eines Schaltvorganges nicht überwacht und kann nicht mehr beeinflusst werden. Es erfolgt keine Rückmeldung. Beispiel: Beim Betätigen eines Druckspülers läuft eine vorgegebene Funktion ab. Das Spülvolumen ergibt sich aus der Betätigungszeit, der Durchdrückstrecke des Betätigungshebels sowie dem sich ergebenden Fließdruck. Die Wassermenge variiert entsprechend. Es ist ein offener Wirkablauf. Bei einem Spülkasten dagegen ist die Spülmenge immer gleich. Das Schwimmerventil ist dabei die Regeleinrichtung bzw. das Stellglied, das den Wasserstand mithilfe des Schwimmers als Regelstrecke im Behälter als Ausgangsgröße festlegt. Über eine Stelleinrichtung wird der Sollwert (der Füllstand) eingestellt. Es ist ein geschlossener Wirkkreis.
Regelung ist ein Vorgang, der in einem geschlossenen Kreis – dem Regelkreis – stattfindet. Mithilfe von Fühlern werden „Istwerte“ überwacht. Über Regler werden Stellglieder zur Wiederherstellung des „Sollwertes“ ein- bzw. nachgestellt.
Von versorgungstechnischen Berufen werden eine Vielzahl von Bauteilen mit einfachen bis hoch komplexen Regel- und/oder Steuerungsfunktionen eingesetzt. Bei diesen kann man zwischen mechanischen, elektrischen, elektronischen und/oder einer Kombination der verschiedenen Arbeits- und Funktionsweisen unterscheiden. Beispiele:

• Thermostatventile von Heizkörpern arbeiten mit Dehnstoffelementen. Diese können aus Metall oder flüssigkeitsgefüllten Behältern bestehen. Bei Temperaturänderungen (–) ziehen sich diese zusammen oder (+) dehnen sich diese aus. Die Längenänderung wird auf den Hubweg von Ventilen übertragen und ändert den Volumenstrom entsprechend.
• Ein Wandthermostat mit gleicher Funktionsweise schaltet dagegen einen Stromkreis, der wiederum ein elektrisches Bauteil, elektrischen Stellantrieb, eine Pumpe o.a. ein- oder ausschaltet.
• Bei einem Warmwasserspeicher regelt der Temperaturregler (Thermostat) die Warmwassertemperatur. Beim Unterschreiten der vorgegebenen Speicher-Solltemperatur gibt der Thermostatfühler (Sensor) ein Signal an den Regelthermostat „Regelglied“, das die Nachheizung einschaltet. Bei Erreichen der Solltemperatur wird die Heizung wieder ausgeschaltet. Es ist ein geschlossener Wirkablauf.
• Bei einem Brausethermostat wirkt ein Steuerkolben entsprechend der eingestellten Wunschtemperatur direkt auf die Kaltwasser- und Warmwassermengen. Bei hoher Warmwassertemperatur wird dessen Menge verringert und die Kaltwassermenge erhöht (bei niedrigen Warmwassertemperaturen umgekehrt), damit die eingestellte Temperatur konstant bleibt. Das Regelbauteil (Stellglied) muss bei gleich bleibendem Auslaufvolumen die sich während des Nutzungszeitraums ändernden Kaltwasser- und Warmwassertemperaturen über die entsprechenden Volumenströme rasch ausgleichen.
• Ein Druckminderer soll in einem Gebäude einen möglichst konstanten Fließdruck gewährleisten. Hierzu wird ein hoher wechselnder Druck von der Eingangsseite mithilfe von mechanischer Kraft – einer Metallfeder – auf eine Membrane mit Regelventil übertragen, das entsprechend des Vordruckes den Ventilhub öffnet oder verringert.
• Eine Wasserenthärtungsanlage (Ionentauscher) erfasst im Betrieb die einzelnen Durchlaufvolumen. Bei Erreichen der maximalen Enthärtungskapazität schaltet diese auf Regeneration um und spült das Enthärterharz mit einer Salzlösung. Um die Wasserentnahme für den Verbraucher während dieser Zeit zu gewährleisten, wird automatisch eine Umgehung geöffnet oder bei Duplexanlagen auf eine andere Enthärtungseinheit umgeschaltet.
• Die Anlagen besitzen zudem eine Regelelektronik, die bei Stillstandszeiten von mehr als drei Tagen eine Zwangsregeneration (Anlagenhygiene) durchführen. Über entsprechende Sensoren (elektronische Bauteile) kann zudem die Wasserhärte und/oder deren elektrische Leitfähigkeit gemessen werden.

Witterungsgeführte Regelung
Bei witterungsgeführten Regelungen stellt sich die Vorlauftemperatur (t_VL) abhängig von der Außentemperatur (t_A) ein. Die Vorlauf- bzw. die Anlagentemperatur wird durch die Regelung in Abhängigkeit der Außentemperatur angepasst. Bei Bedarf regeln Thermostatventile die unterschiedlichen Raumtemperaturen.
Die Regelung bekommt über den Außenfühler (1) in Form eines elektrischen Signals – Widerstand oder Spannung – den Wert der Außentemperatur übermittelt. Ein Kesselfühler (2) oder ein weiterer Fühler (Vorlauffühler) misst die Kessel- bzw. die Vorlauftemperatur. Je nach Aufbau der Anlage ist die Vorlauftemperatur gleich mit der Kesseltemperatur oder die Vorlauftemperatur wird mithilfe eines Mischers (3) bedarfsgerecht heruntergemischt. Hierzu ist in der Regelung eine Heizkurve hinterlegt.

Begriffe der Regeltechnik (Auswahl)
Sollwert
Wert, der unter bestimmten Bedingungen während eines bestimmten Zeitraumes vorhanden sein soll.

Sollwerteinsteller
Nimmt das Eingangssignal auf und gibt es an das Regelglied weiter.

Istwert
Wert, der unter bestimmten Bedingungen während eines bestimmten Zeitraumes tatsächlich vorhanden ist.

Messglied
Einrichtung, die den Istwert erfasst.

Sollwertabweichung
Differenz zwischen dem Ist- und Sollwert der Regelgröße. Diese kann positiv oder negativ sein.

Vergleichsglied
Vergleicht Soll- und Istwert und sendet die Abweichung an das Stellglied.

Stellglied
Bauteil, das auf die Regelgröße (z.B. Volumen) Einfluss nimmt.

Regeleinrichtung
Beeinflusst die Regelstrecke über das Stellglied.

Regelstrecke
Das ist der zu beeinflussende Systemteil.

Regler
Funktionsteil, der aus dem Vergleichsglied und dem Regelglied besteht.

Regelglied
Bildet aus der Regeldifferenz die Ausgangsgröße.

Messeinrichtung
Nimmt die Größen auf, gibt sie weiter und passt sie an oder gibt sie aus.

Messort
Stelle, an der die zu regelnde Größe erfasst wird.

Regelungsarten
Regeleinrichtungen können nach verschiedenen Kriterien unterschieden werden, z.B. nach der Art ihrer Aufgabe:

• Druckregler,
• Temperaturregler,
• Volumenregler,
• Feuchteregler,
• Wasserstandsregler,
• Zugregler.

Druckregeleinrichtung
Ein Druckregler hat die Aufgabe, einen hohen, ungleichmäßigen Eingangsdruck in einen konstanten geringeren Ausgangsdruck zu ändern, z.B.:

• Druckminderer (Trinkwasser),
• Gasdruckregler.

Temperaturregeleinrichtung
Ein Temperaturregler soll z.B. die Temperatur konstant halten oder aus Sicherheitsgründen Übertemperaturen vermeiden, z.B.:

• Speicherthermostat,
• Thermostatbatterie,
• Heizkörperthermostat,
• Thermische Ablaufsicherung.

Volumenregeleinrichtung
Ein Volumenstromregler hält Durchflussmengen (Volumenströme) konstant, z.B.:

• Wassermengenregler
  (Wasserschalter).

Unterscheidungsmerkmale
Innerhalb der Regelungstechnik werden Begriffe untereinander abgegrenzt. Hier einige Beispiele.

Regelverhalten

• Unstetige Regler: Die unstetigen Regler werden in Zwei-, Drei- und Mehrpunktregler eingeteilt. Während Zweipunktregler nur zwei Schaltzustände (Ein und Aus) besitzen, haben Dreipunktregler drei Schaltzustände (Ein, Halt und Aus) und Mehrpunktregler weitere Schaltzustände (Schaltstufen).
• Stetige Regler: Diese regeln in einem Bereich zwischen Ein und Aus jeden eingestellten Wert stufenlos nach. Nach Art ihres Regelverhaltens werden unterschieden:

– Proportionalregler (P-Regler),
– Integralregler (I-Regler,)
– Proportional-Integral-Regler (PI-Regler),
– Proportional-Integral-Differenzial-Regler (PID-Regler).

Stellenergie

• ohne Hilfsenergie,
• elektronische Regler,
• pneumatische Regler,
• elektrische Regler.

Führungsgröße
Von außen zugeführte Größe, die dem Regler den Sollwertverlauf festlegt, z. B.

• Festwertregelung: wird auf einen festen Wert eingestellt,
• Folgeregelung: Wert der Regelgröße folgt den sich ändernden Werten der Führungsgröße,
• Zeitgeführte Regelung: wird nach einem Zeitplan vorgegeben.

Signalwirkung

• Abtastregelung: Die Regelgröße wird zu bestimmten Zeiten fortlaufend erfasst und mit der Führungsgröße verglichen,
• zeitkontinuierliche Regelung: ununterbrochene Erfassung der Regelgröße,
• Mehrfachregelung: Zweipunkt-, Dreipunktregelung.