Spannungsreferenz (BSR10)
Beschreibung und Anwendungsbeispiele
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Mit dem Fortschreiten der technologischen Entwicklungen müssen Anwender lernen, die Größenordnung und damit die modulare Einteilung eines technischen Systems einzuschätzen. Von der Systemstruktur hängt die Spezifikation der einzelnen Aufgabenstellungen für jede modulare Einheit ab, die zur Gestaltung der Gesamtlösung führt. Unabhängig von der Größenordnung des technischen Prozesses, also angefangen von der Messung einer speziellen physikalischen Größe mit einem Sensor über das Stellen einer Prozessgröße mit einem Aktor bis hin zur kompletten Fabrikautomation, lassen sich immer wieder zwei wesentliche Verarbeitungsstrukturen beim Umgang mit den Signalgrößen feststellen, nämlich das Steuern und das Regeln.
Diese Signalgrößen können z.B. Ströme und Spannungen, man spricht von elektrischen Signalgrößen, aber auch Druck, Temperatur, Drehzahl, Geschwindigkeit, Beleuchtungsstärke usw. sein, man spricht dann von nicht-elektrischen Größen.
Die wesentlichste Aufgabe der Regelung besteht darin, eine bestimmte Prozessgröße (Regelgröße, Istwert x) unabhängig von auftretenden Störungen auf einen vorgegebenen Führungswert (Sollwert w) zu bringen, der je nach Vorgabe, zeitlich konstant oder auch veränderlich sein kann.
In der Regelungstechnik ist die Spannungsreferenz als Sollwertgeber Bestandteil des einschleifigen Regelkreises gem. Abb.1:
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Im störungsfreien Idealfall stimmen der Vorgabewert w (z.B. Drehzahlwert eines Motors laut Programm) und der Istwert x (tatsächlich gemessene Drehzahl im Prozess) überein. In einem solchen Fall ist die Regelabweichung e zwischen Soll- und Istwert Null. Die Übereinstimmung von Soll- und Istwert kann aber durch auftretende Störungen z (z.B. Lastschwankungen, Reibung) nicht immer gegeben sein. Jetzt ist es die Aufgabe der Regelung diesen Unterschied durch einen ständigen Vergleich von Führungs- und Regelgröße selbständig zu erkennen und gegebenenfalls auszuregeln, bis der Vorgabewert mit dem Istwert wieder übereinstimmt.
Die Regelung erfordert die kontinuierliche Messung der Istgröße und den Vergleich mit der Sollgröße. Dies geschieht in einem geschlossenen Wirkungsablauf. Man spricht wegen der Kreisstruktur von einem Regelkreis.
In der Praxis kommen ganz unterschiedliche Regelungsstrukturen zum Einsatz. Diese unterscheiden sich vor allem in der Art und Weise, wie für einen betrachteten Regelkreis die Führungsgröße w generiert wird. Dies beeinflusst auch die Reglereinstellung, denn es ist regelungstechnisch ein Unterschied, ob sich in erster Linie die Führungsgröße des Regelkreises ändert oder ob vor allem Störgrößen auszuregeln sind.
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- Das Führungsverhalten wird danach beurteilt, wie schnell und exakt die Regelgröße einen neu vorgegebenen Sollwert erreicht.
- Ein gutes Störungsverhalten ist dadurch gekennzeichnet, dass der Regler beim Auftreten einer Störung den ursprünglichen Gleichgewichtszustand sehr schnell wiederherstellt.
Sollwertgeber (Spannungsreferenz) im Regelkreis
Das vorliegende Lehrmittel Spannungsreferenz des Trainingssystems BASICS ist für den Einsatz im Bereich der Regelungstechnik als Sollwertgeber konzipiert. Zwei mögliche Symbole für den Sollwertgeber (Spannungsreferenz) zeigt Abb.3:
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Beim Lehrmittel handelt es sich um eine bipolare Spannungsreferenz, mit der z.B. in der Regelungstechnik Führungswerte (w) für Regelgrößen (x), wie z.B. Raumtemperaturen und Motordrehzahlen, erzeugt werden.
Der Signalpegel liegt im Bereich von -10V bis +10V. Hier lässt sich ein Signalpegel mit einem 19-Gang-Potentiometer linear einstellen.
Abb.4 zeigt den Einsatz des Sollwertgebers im einschleifigen Regelkreis:
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Die Aktorik umfasst die gesamte Stelleinrichtung mit allen technologischen Einzelhei-ten. Dies ist besonders dann zu beachten, wenn hier größere Energien umgesetzt werden. Der Messwandler verarbeitet die Signale des Sensors am Messort. In der Übertragungseinheit ist stellvertretend die gesamte Wandlungskette inklusive aller Übertragungskomponenten (Transmitter) udgl. enthalten.
In erster Linie besteht die Aufgabe des Reglers darin, plötzlich auftretende Störungen so schnell und so genau wie möglich auszuregeln und damit die aufgrund einer Stö-rung entstandene Differenz zwischen Soll- und Istwert zu Null zu machen bzw. zu reduzieren. Allein das Halten eines bereits eingestellten Istwertes erfordert auch eine Regelung.
Wie das Regelverhalten aussieht, hängt schließlich von allen Regelkreiskomponen-ten und deren Zusammenwirken ab.
Wenn alle Regelkreiskomponenten ausgewählt und eingestellt sind und die Regel-strecke in ihrem Wesen (Strecke mit Ausgleich oder ohne Ausgleich) bekannt ist, dann bestimmt der Typus des Reglers mit seinen (im stetigen Fall) drei möglichen Varianten (P, I und D) dieses Regelverhalten.
Sollwertgeber als Steuervorgabe
Der Sollwert kann auch als beliebiges Steuer- oder Referenzsignal Verwendung finden. Werden Steuervorgaben wie Referenzspannungen als Sollwerte benötigt, so kann z.B. bei einer reinen Steuerung, d.h. ohne Soll-/Istwert-Vergleich, die Karte wie folgt zum Einsatz kommen:
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Ein typisches Einsatzgebiet ist z.B. die Steuerung einer Motordrehzahl oder die Vorgabe einer Temperatur ohne diese Größen (x) jedoch zu überwachen.
Darüber hinaus kann der Spannungsreferenzgeber auch zur Simulationen von Offsetfehlern, zur Vorgabe von Referenzpotentialen, zur Bildung von Störsignalen, zur Festlegung von Triggerschwellen, zur Kompensation einer bleibenden Regelabweichungen und zur Anpassung von Signalpegeln verwendet werden.
Der Festwertgeber ist so konzipiert, dass sich die Pegel mit einer kleinen Verzögerung auf den vorgegebenen Wert einstellen.
Schaltungsanalyse
Für eine Schaltungsanalyse sind dokumentierte Messpunkte auf der Platine vorgesehen.
Schaltungserweiterungen
Darüber hinaus befindet sich auf ihr ein separates Padfeld für anwenderspezifische Schaltungserweiterungen.
Lage der Bedienelemente auf der Frontplatte
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Datenblatt
Hinweis:
Alle Daten verstehen sich als typische Werte. Abweichungen insbesondere durch Bestückungsänderungen möglich. Änderungen vorbehalten.
Lieferumfang
Die Lieferung erfolgt je nach Best.-Nr. als fertig aufgebaute und getestete Baugruppe (Fertiggerät) bzw. als kompletter Bauteilsatz zu praktischen Lötübungszwecken (Bausatz). Zubehör ist optional und muss extra bestellt werden. Dieses Zubehör gehört nicht zum Lieferumfang.
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